城市轨道交通概论教案

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一、名称：车站建筑教学目标：了解车站的各种形式，各车站形式的优缺点。理解平面布局的影响因素。二、课时分配：2学时教学方法：讲述法教学手段：多媒体辅助教学重点难点：各影响因素对车站布局的具体影响教学内容：1、车站的分类；2、车站平面布局影响因素车站是城市轨道交通路网中一种重要的建筑物。它是供旅客乘降、换乘和候车的场所，应保证旅客使用方便、安全、迅速地进出站，并有良好的通风、照明、卫生、防灾设备等，给旅客提供舒适、清洁的环境。车站应容纳主要的技术设备和运营管理系统，从而保证城市轨道交通的安全运行。车站又是城市建筑艺术整体的一个有机部分，一条线上各车站在结构和建筑艺术上，应既要有共性，又要有各自的个性。城市轨道交通运营的社会效益、经济效益的高低，在很大程度上取决于车站位置的选择、设计得合理与否及设备的配置。轨道交通车站设计时，首先是确定车站在现有城市轨道交通路网中的确切位置，这涉及到城市规划和线路总体方案设计；车站位置确定后，根据客流量及其站位特点确定车站规模、平面布置、合理的站内客流流线、地面客流吸应、交通方式间的换乘便捷等综合考虑。1、车站的分类；5-1车站的分类城市轨道交通网中车站根据其所处位置、埋深、运营性质、结构横断面型式、站台型式、换乘方式等进行分类。5-1-1按车站与地面相对位置分类按车站与地面相对位置可分为，如图5-1。①轨道交通车站—车站结构位于地面以下；②地上车站一车站位于地面以上，它包括地面车站和高架车站；5-1-2地下车站按车站埋深、高架车站按车站与高架桥的结构是否合一而造分类按车站埋深可分为：①浅埋车站——采用明挖法或盖挖法施工，轨顶至地表距离在20m以内，如图5-2中1、2所示；②深埋车站——采用暗挖法施工，轨顶至地表距离在20m以上；如图5-2中3、4所示。高架车站可以分为：站桥合一结构车站——高架车站的结构和站内轨道结构是做在一起的。站桥分离结构车站——站内轨道结构和线路高架桥的结构是连通的。5-1-3按车站运营性质分类按车站运营性质主要有，如图5-3。①中间站（即一般站）——中间站仅供乘客上、下车之用，功能单一，是地铁路网中数量最多的车站；②区域站（即折返站)——区域站是设在两种不同行车密度交界处的车站，设有折返线和设备。区域站兼有中间站的功能；③换乘站——换乘站是位于两条及两条以上线路交叉点上的车站。它除了具有中间站的功能外，更主要的是它还可以从一条线上的车站通过换乘设施转换到另一条线路上的车站；④枢纽站——枢纽站是由此站分出另一条线路的车站，该站可接、送两条线路上的乘客；⑤联运站——联运站是指车站内设有两种不同性质的列车线路进行联运及客流换乘。联运站具有中间站及换乘站的双重功能；⑥终点站——终点站是设在线路两端的车站，就列车上、下行而言，终点站也是起点站（或称始发站），终点站设有可供列车全部析返的折返线和设备，也可供列车临时停留检修。如线路远期延长后，则此终点站即变为中间站。5-1-4按车站结构型式分类图5-4车站结构横断面型式 高架车站的结构基本上是以框架结构为主。地下车站结构横断面型式主要根据车站埋深、工程水文地质条件、施工方法、建筑艺术效果等因素确定。在选定结构横断面型式时，应考虑到结构的合理性，经济性、施工技术和设备条件。车站结构横断面形式，主要有，如图5-4。①矩形断面——矩形断面是车站中常选用的形式，一般用于浅埋车站。车站可设计成单层、双层或多层，跨度可选用单跨、双跨、三跨及多跨的形式。②拱形断面——拱形断面多用于深埋车站，有单拱和多跨连拱等形式。单拱断面由于中部起拱，高度较高，两侧拱脚处相对较低，中间无柱，因此建筑空间显得高大宽阔，如建筑处理得当，常会得到理想的建筑艺术效果。③圆形断面——圆形断面用于深埋盾构法施工的车站。④其他类型断面——其他类型断面有马蹄形、椭圆形等。5-1-4按车站站台型式分类车站站台型式主要有以下3种，如图5-5。①岛式站台——站台位于上、下行行车线路之间，这种站台布置形式称为岛式站台。具有岛式站台的车站称为岛式站台车站（简称岛式车站）。岛式车站是常用的一种车站型式。岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活调剂客流、乘客中途改变乘车方向方便、车站管理集中、站台空间宽阔等优点，因此，一般常用于客流量较大的车站。②侧式站台——站台位上、下行行车线路的两侧，这种站台布置形式称为侧式站台。具有侧式站台的车站称为侧式站台车站（简称侧式车站）。侧式车站也是常用的一种车站型式。侧式车站站台上下行乘客可避免相互干扰，正线和站线间不设喇叭口，造价低，改建容易，但是站台面积利用率低，不可调剂客流，中途改变乘车方向经地道或天桥，车站管理分散，站台空间不及岛式宽阔，因此，侧式站台多用于两个方向客流量较均匀（或流量不大）的车站及高架车站。③岛、侧混合式站台——岛、侧混合式站台是将岛式站台及侧式站台同设在一个车站内，具有这种站台形式的车站称为岛、侧混合式站台车站（简称岛、侧混合式车站）。岛、侧混合式车站主要用于两侧站台换乘或列车折返。岛、侧混合式站台可布置成一岛一侧式或一岛两侧式。5-2换乘单一地建设几条地铁或轨道交通线路并不能根本解决城市的交通拥挤问题，也不能满足市民出行的需要。应该看到城市交通问题是一个系统工程问题，在发展、布局地面，地下，空中，立体城市公共交通线路时，要从建设系统、网络出发，并考虑各自网络节点的连接方便，以及各种交通方式之间的便捷换乘、接驳。根据城市现状及发展，建设方便乘客的交通枢纽也是在城市交通规划中应事先考虑周全的问题。5-2-1站台直接换乘：乘客在站台通过楼梯、自动扶梯等换乘到另一车站的站台。这种换乘方式线路短，换乘高度小，换乘方便，节约换乘时间。根据站台的布置形式又可分为：①平行换乘：两个车站站台可平面平行或上下重叠。平面平行设置，两站台面一般通过天桥或通道连接；上下重叠设置一般构成“一”字形组合，站台上下对应，便于布置楼梯、自动扶梯，换乘方便。如图5-6中的图1和2。香港地铁在组织换乘方面的设计是值得借鉴的。如图5-7荃湾线和观塘线两线四个方向的换乘，香港地铁采用了在太子、旺角两个车站来进行，乘客只要简单地下车后到岛式站台的另一侧上车即可，非常方便。巴黎地铁东站有多条平行站台，乘客换乘则通过天桥来完成。②“T”形站台换乘：两个车站上下立交，其中一个车站的端部与另一车站的中部相连接，在平面上构成“T”形组合。可采用站台换乘。两个车站也可相互拉开一段距离，以减少下层车站的埋深。如图5-6中的图4。③“十”字形站台换乘：两个车站中部相立交，在平面上构成“十”字形组合。“十”字形换乘车站采用站台直接换乘的方式。如图5-6中的图5。北京地铁环线与一号线在复兴门车站、建国门车站十字相交，一号线车站位于环线车站之下，两条线在的复兴门车站均为岛式站台，一号线建设时已预留接口。环线乘客换乘已号线，仅需走楼梯或电梯下到下面站台就可换乘一号线两个方向的地铁。“十”字形站台相重叠部位的面积有限，组织全部的换乘有困难。如果换乘的车站侧式站台则方案实施困难更大。5-2-2站厅换乘： 乘客由某层车站站台经楼梯、自动扶梯到达另一车站站厅付费区，再经楼梯、自动扶梯到达站台。这种换乘方式线路较长，换乘高度大，换乘时间长。站厅换乘一般采用“L”形布置，即两个车站上下立交，车站端部相互连接，在平面上构成“L”形组合。在车站端部连接处一般设站厅或换乘厅。有时也可将两个车站相互拉开一段距离，使其在区间立交，这样可减少两站间的高差，减少下层车站的埋深。如图5-6中的图3。上海地铁的规划网络图一直在修订，M2线施工时地铁M4线线路走向还没有定下来，两线在东方路车站交会，目前只能采用补救的方案，在M2线南侧平行修建M4线车站，将M4线站厅层做成和M2线站厅层同标高，组织站厅换乘，如图5-8。5-2-3通道换乘：两个车站不直接相交，相互之间可采用单独设置的换乘通道进行换乘。这种换乘方式换乘线路较长，换乘时间也长，对老弱妇婴使用不便，且增加通道，又增加投资。通道换乘一般呈“工”或“L”字形布置，即两个车站在同一水平面平行设置，通过天桥或地道换乘，在平面上构成“工”或“L”字形组合。如图5-6中的图6。M1和M2线因施工时间不同，M1线施工时没有预留换乘接口只能采用通道换乘，给乘客带来诸多不便,如图5-9所示。M2线因要从黄浦江下穿越埋深较深，自然形成与M1线的标高差，完全可以做成平行站台换乘。2、车站平面布局影响因素5-3城市轨道交通车站的建筑平面组成轨道交通车站形式上看和“火车站”相似，都是停靠轨道交通车辆，但是设计内涵理念是完全不同的，而在使用功能上更接近“公共汽车站”。5-3-1车站的组成车站由车站主体（站台、站厅、设备用房、管理用房等）、出入口及通道、通风道及地面通风亭（仅地下车站）等3大部分组成。车站主体是列车在线路上的停车点，其作用是供乘客集散、换乘，同时它又是地铁运营设备设置的中心和办理运营业务的地方。出入口及通道是供乘客进、出车站的建筑设施。地下车站需要考虑通风道及地面通风亭，其作用是保证轨道交通车站具有一个舒适的地下环境。5-3-2车站主体的组成和功能车站主体根据功能的不同，可分为以下两大部分：（1）乘客使用空间。乘客使用空间又可分为非付费区和付费区。非付费区是乘客购票未正式进入站台前的流动区域。它一般应有一定的空间、供设售检票设施。根据需要还可设银行、公用电话、小卖部等设施。非付费区的最小面积一般可以参照能容纳高峰小时5min内可能聚集的客流量的水平来推算。付费区包括部分站厅、站台、楼梯和自动扶梯等，它是为停车和乘客乘降提供服务的设施。乘客使用空间是车站设计的重点，它对车站类型、总平面布局、车站平面、结构横断面形式、功能是否合理、面积利用率、人流路线组织等设计有较大的影响，设计时要注意人流流线的合理性，以保证乘客方便、快捷地出入车站。（2）车站用房车站用房包括运营管理用房、设备用房和辅助用房3部分。运营管理用房是为保证车站具有正常运营条件和营业秩序而设置的办公用房，由进行日常工作和管理的部门及人员使用，是直接或间接为列车运行和乘客服务的，主要包括站长室、行车值班室、业务室、广播室、会议室、公安保卫、清扫员室等。设备用房是为保证列车正常运行、保证车站内具有良好环境条件及在事故灾害情况下能够及时排除灾情不可缺少的设备用房，它是直接或间接为列车运行和乘客服务的，主要包括环控机室、变电所、控制室、通信机械室、信号机械室、泵房、票务室、工区用房、附属用房及设施等。技术设备用房是整个车站的心脏所在地。由于这些用房与乘客没有直接联系，因此，一般设在离乘客较远的地方。辅助用房是为保证车站内部工作人员正常工作生活所设置的用房。是直接供站内工作人员使用的，主要包括厕所、盥洗室、更衣室、休息室、茶水间、储藏室等。这些用房均设在站内工作人员使用的区域内。5-3-3车站的规模车站规模主要指车站站台外轮廓尺寸、层数及用房面积的大小等。在进行车站总体布局之前，一般要确定车站规模，而车站规模主要根据本站远期预测高峰客流量、所处位置的重要性、站内设备和管理用房面积及该地区远期发展规划等因素综合考虑确定。其中客流量大小是一个重要因素。车站规模一般分为分3个等级，在大城市中，车站规模按3个等级设置；在中等城市中，其规模可以设两个等级。车站规模等级适用范围见表5。 表5-1车站规模等级适用范围车站规模适用范围大型站（甲级站)通用于客流量大，地处市中心区的大型商贸中心、大型交通枢纽中心、大型集会广场、大型工业区及位置重要的政治中心地区中型站（乙级站)适用于客流量较大，地处较繁华的商业区、中型交通枢纽中心、大中型文体中心、大型公园及游乐场、较大的居住区及工业区小型站（丙级站)适用于客流量不大的地区注：客流量特别大，有特殊要求的车站，其规模等级可列为特级站。车站规模的大小，将直接影响到工程造价的高低。规模过大，投资太高；规模不足，满足运营的需要期限短，影响运营功能且日后改建困难。因此，在确定车站规模时，应慎重进行技术经济比较。5-4轨道交通车站总平面布局车站建筑总平面布局主要是根据车站所在地周围的环境条件、轨道交通运营要求、城市有关部门对车站布局的要求、车站类型等因素，来确定车站中心位置及车站外轮廓范围，合理布设车站出入口通道、通风道等设施，同时还要处理好地铁车站、出入口及通道、通风道及地面通风亭与城市建筑物、道路交通、地下过街道或天桥、绿地等的关系，相互协调。车站总平面布局，一般按以下步骤进行：5-4-1收集资料，分析影响总平面布局因素影响车站站位和总平面布局的因素比较多，设计过程中遇到的问题也比较复杂，设计前需详细调查、收集以下几个方面资料：①周围环境。主要包括：现有道路及交通条件，公交及其他交通方式站点设置，周围建筑物功能性质；车站周围现状建筑物和地下管线的布置情况，拆迁改移条件以及规划建筑物、管线方案和可能的实施时间等。②客流来源及方向。车站要能最大限度地吸引客流，要根据主要客流的来源和方向考虑站位和出入口通道的设置。③车站功能要求。不同功能性质的车站，其总平面布局是不一样的。对于换乘站，应考虑乘客的换乘条件，尽可能减少换乘距离，并应有足够的换乘能力；对于接驳大型客流集散点的车站，要考虑突发性客流特点，留有足够的乘客集散空间，并创造快捷的进出站条件；对于有列车折返运行需要的车站，考虑车站配线的设置以及由此带来的车站站位及平面布局的变化等。总之，在确定站位和布局时，对此都要加以细致地考虑。④施工方法。要结合工程地质、水文地质条件和周围状况，提出可实施的施工方法，结合总平面方案一同考虑。只有在调查、了解以上几个方面资料后，分析、确定哪些是影响车站总平面布局的影响主要因素，哪些是次要因素，哪些控制车站总平面布局的边界条件，进行方案综合比选后确定。5-4-2确定车站出入口和地面风亭的数量及位置图5-10地铁出入口地面建筑形式在总体方案构思完成、站位大致确定后，最重要的工作就是确定车站出入口和地面风亭的数量和位置。车站的出入口和地面风亭位置的确定，往往对总平面布局有很大影响，“有出入口才有车站”在某种意义上也反映了出入口的重要性。车站出入口的主要作用在于吸引和疏散客流，因此，车站出入口位置最好选择在沿线主要街道的交叉路口或广场附近，尽量扩大服务半径，方便乘客。车站出入口数量可根据进出站客流的数量以及方向确定，首先要满足进出站客流的通过能力，其次，应尽可能照顾各个方向的客流，以方便乘客进出站。《地铁设计规范》规定：“车站出入口的数量，应根据客运需要与疏散要求设置，浅埋车站不宜少于4个出入口。当分期修建时，初期不得少于2个。小站的出入口数量可酌减，但不得少于2个”。地面风亭的位置、数量与采取的通风和空调方式有关，一般按周围地区环境及环控要求确定。车站出入口和地面风亭位置的选择，还须考虑下列几点原则：① 车站出入口布置应与车站主要客流量的方向一致，一般选在城市道路两侧、交叉口及有大量人流的广场附近，出入口宜分散均匀布置，以便最大限度地吸引乘客。建筑形式应考虑当地气候条件和具体位置，可做成独建式（敞口、带顶盖、全封闭及下沉式）或合建式（与地面建筑物并建），且车站出入口位置，应设置有特征的地铁统一标志，以引导乘客。如图5-10。②车站出入口应尽可能与城市过街地道、地下街、天桥、下沉式广场等公共建筑相结合，以方便乘客，减少用地和拆迁，节约投资，③单独修建的地面出入口和地面通风亭，其位置应符合当地城市规划部门的规划要求，一般设在建筑红线以内。如有困难不能设在建筑红线以内时，应经过当地城市规划部门的同意，再选定其位置。地面出入口的位置不应妨碍行人通行。④车站出入口和地面通风亭不应设在易燃、易爆、有污染源并挥发有害物质的建筑物附近，与上述建筑物之间的防火安全距离应符合有关规范的规定。5-4-3绘制车站总平面布置图在上述工作基础上，根据设计方案进行车站总平面布置图的绘制，考虑到设计阶段不同，图纸内容、深度也不一样，一般按1／500比例进行绘制，主要包含以下内容：①站中心的详细位置，包括线路里程、坐标。②车站主体的外轮廓尺寸，包括端点的线路里程、关键点的位置坐标。③车站出入口、地面风亭、通道的位置、尺寸、坐标。④车站线路及区间线路的连接关系。⑤车站周围地面建（构)筑物情况、地下管线、道路及道路规划红线等。一、名称：车站建筑教学目标：识别车站的简单建筑设计，了解站内各项设备。二、重点难点：掌握站厅站台的长宽度计算教学内容：1、车站建筑设计；2、站内设备介绍1、车站建筑设计5-5轨道交通车站建筑设计5-5-1车站设计原则图5-12车站功能分析图（1)根据车站规模、类型及总平面布置，合理组织人流路线，划分功能分区。在组织人流路线时，应考虑下列各要点：①进、出站客流线路和换乘客流要分开，尽量避免交叉和相互干扰；②乘客购票、问讯及使用公用设施时，均不应妨碍客流通行；③当地铁与城市建筑物合建时，地铁客流应自成体系。（2）车站公用区应划分为付费区与非付费区。此两区由进、出站检票口应进行分隔。换乘一般设在付费区内。（3)车站的站厅、站台、出入口楼梯和通道、升降设备、售票口、检票口等部位的通过能力应相互适应，且通过能力按远期超高峰客流量确定。（4)有噪声源的房间应远离有隔声要求的房间及乘客使用区；对有高音质要求的房间，均采取隔、吸声措施。（5）车站应考虑防灾设计和无障碍设计。5-5-2车站建筑布置车站的建筑布置，应能满足乘客在乘车过程中对其活动区域内各部位使用上的需要。乘客流线是地铁车站的主要流线，也是决定车站建筑布置的主要依据。站内除乘客流线外，还有站内工作人员流线、设备工艺流线等。这些流线具体地、集中地反映出乘客乘车与站内房间布设之间的功能关系，为了能够合理地进行车站平剖面布置，设计人员必须了解和掌握这些功能关系，将地铁车站各部位的使用要求进行功能分析（见图5-12）。5-5-3站厅设计站厅的作用是将从车站出入口进入的乘客迅速、安全、方便地引导到站台乘车，或将下车的乘客同样引导至车站出入口，离开车站。对乘客来说，站厅是上、下车的过渡空间，乘客一般要在站厅内办理上、下车手续，因此，站厅内需要设置售票、检票、问询等为乘客服务的各种设施。同时站厅层内设有地铁运营设备、管理用房和升降设备，起到组织和分配人流的作用。站厅的位置与车站埋深、人流集散情况、所处环境条件等因素有关，站厅设计的合理与否，将会直接影响到车站使用效果及站内的管理和秩序。站厅的布置与车站类型、站台型式及布置关系密切。站厅的布置有以下4种（见图5-14）。①站厅位于车站一端—— 这种布置方式常用于终点站，且车站一端靠近城市主要道路的地面车站，如图5-13中的图1。②站厅位于车站两侧——这种布置方式常用于侧式车站，一般用于客流量不大的车站，如图5-13中的图2。③站厅位于车站两端的上层或下层——这种布置方式常用于地下岛式车站及侧式车站站台的上层，高架车站站台的下层。客流量较大者多采用，如图5-13中的图3。④站厅位于车站上层——这种布置方式常用于地下岛式车站及侧式车站。运用于客流量很大的车站，如图5-13中的图4。站厅设计时，按照车站运营和合理组织客流的需要，一般将站厅划分为付费区和非付费区两大区域。其中付费区是指乘客需经购票、检票后方可进入的区域；非付费区也称免费区或公用区，乘客可以在本区内自由通行。付费区内设有通往站台层的楼梯、自动扶梯、补票处，在换乘车站，尚须设有通向另一车站的换乘通道。非付费区内设有售票、问询、公用电话等，必要时，可增设金融、邮电、服务业等机构，其中，售票口和自动售票机设置的位置与站内客流路线组织、出入口位置、楼梯及自动扶梯的布置有密切关系，一般应沿客流进站方向纵向设置，布设在便于购票、比较宽敞的地方，尽量减少与客流路线的交叉和干扰。进、出站检票口（机）应分设在付费区与非付费区之间的分界线上，且应垂直于客流方向。为了分散进、出站客流，避免相互干扰拥挤，通常进站检票口（机）布置在通往站台下行客流方向的一侧；出站检票口（机）布置在站台层上行客流方向的一侧，宜靠近出入口。检票口（机）处宜设监票亭，便于对乘客进行监督和检查。需要补票的乘客可到设在付费区内的补票处办理补票手续。如站厅位于整个车站上层时，应沿站厅一侧留一条通道，使站厅两端非付费区之间便于联系。站厅面积一般除考虑正常所需购票、检票及通行面积外，还需考虑乘客作短暂停留及特殊情况下紧急疏散等，并留有适当余地。站厅内车站用房宜集中设置，便于联系与管理，与乘客有联系的房间如售票、问询、站长室、公安室等应面向或临近非付费区。2、站内设备介绍5-5-4.站台设计站台是供乘客上、下车及候车的场所。站台层一般布设有楼梯、自动扶梯及站内用房。目前国内外地铁车站所采用的站台型式绝大多数为岛式站台与侧式站台两种，断面型式如图5-14。关于站台主要尺寸一般按下列方法确定。（1）站台长度站台长度分为站台总长度及站台计算长度两种。站台总长度是根据站台层房间布置的位置以及需要由站台进入房门的位置而定，是指每侧站台的总长度。站台计算长度是指远期列车编组总长度加上列车停站时允许的停车不准确距离，该停车不准确距离一般为1～2米。（2）站台宽度站台宽度主要根据车站远期预测高峰小时客流量大小、列车对数、结构横断面形式、站台型式、站房布置、楼梯及自动扶梯位置等因素综合考虑确定。岛式站台，楼梯及自动扶梯沿站台中间纵向布置，两侧布设侧站台。站台是乘客上、下车及候车的场所，在站台计算长度范围内，其面积应不小于远期预测上行及下行高峰小时客流人数所需的面积。侧式站台，楼梯及自动扶梯、车站用房均可布置在站台计算长度范围以外，在此情况下，站台宽度应满足乘客上、下车，侯车及进、出站通路所需面积要求。单拱结构车站，由于站内不设立柱，站台宽度不考虑柱宽度。矩形断面车站，站台设有立柱，侧站台宽度应考虑立往宽度尺寸。（3）站台高度站台高度是指线路走行轨顶面至站台地面的高度。站台高度的确定主要根据车厢地板面距轨顶面的高度而定。站台按高度可分为低站台和高站台，其选择需要与车型匹配。站台与车厢地板高度相同称为高站台，一般适用于流量较大、车站停车时间较短的场合，考虑到车辆满载时弹簧的挠度，高站台的设计高度一般低于车厢地板面50—100mm。站台比车厢地板低时称为低站台，适宜于流量不大的场合。轨道交通车站站台应考虑排水要求，横断面设1％的坡度。④轨道中心与站台边缘距离。根据车辆类型确定的建筑限界给定了从轨道中心到站台边缘的距离，实际设计时还要考虑10mm左右的施工误差。若站台设在曲线上时，需考虑线路加宽、超高，车辆偏移、倾斜的影响，5-5-5主要用房面积和位置车站内运营管理、技术设备用房的组成和面积受地铁系统的组织管理体制、技术水平、设备设施及车站规模等级影响，由各专业的技术标准和设备选型情况，结合车站功能需要进行确定。表4-3是根据我国目前地铁的建设实践，归纳总结，提出的车站各类用房的面积和位置，可供规划阶段参考。5-5-6出入口通道设计 图5-15出入口平面类型车站出入口通道是乘客进出车站的咽喉，其位置的选择、规模大小，应满足城市规划和交通的要求，并应便利于乘客进出站，有关车站出入口位置选择详见4.3，下面介绍一下出入口平面类型和出入口通道设计。（1）出入口平面型式地铁车站出入口平面一般有“一”字型、“L”型、“T”型三种基本型式和由基本型式变化的其它型式，如图4-4-4。①“一”字型出入口：指出入口、通道“一”字形布置。这种出入口占地面积少，人员进出方便。由于口部宽度要求，不宜修建在路面狭窄地区，如图5-15中图1。②“L”型出入口：指出入口与通道呈一次转折布置。由于口部较宽，不宜修建在路面狭窄地区，如图5-15中图2。图5-16出入口及通道分布图③“T”型出人口：指出入口与通道呈“T”形布置。这种形式人员进出方便，由于口部比较窄，适用于路面狭窄地区，如图5-15中图3。④其它型式：一般由出入口位置要求、地面交通换乘要求具体确定，常用的有“n”型和“Y”型出入口。“n”型出入口指出人口与通道呈两次转折布置，由于环境条件所限，出入口长度按一般情况设置有困难时，可采用这种布置形式的出人口，这种形式的出入口人员要走回头路，如图5-15中图4。“Y”型出人口布置常用于一个主出入口通道有两个及两个以上出人口的情况，这种形式布置比较灵活，适应性强，如图5-15中图5、6。（2）出入口及通道的数目和宽度①出入口数量的确定：车站出入口数量应根据车站规模、埋深、车站平面布置、地形地貌、城市规划、道路、环境条件并按照车站远期预测高绰小时客流量计算，综合考虑确定。一般情况下，浅埋轨道交通车站的出入口数量不宜少于4个；深埋轨道交通车站出人口的数量不应少于2个。对于客流量较少的车站，若是浅埋的，其出人口数量可酌情减少，但不应少于2个。对于地下浅埋车站分期修建出入口的，第一期修建的出入口数量不应少于2个，每端的出人口不宜少于1个。（3）紧急疏散验算:根据防灾设计要求，车站内所设的楼梯、扶梯和出入口通道的通过能力应保证在远期超高峰小时客流量时，发生火灾情况下6分钟内将每列车超高峰小时客流、站台上的候车人数及工作人员疏散完毕。对于站台至站厅层间的疏散时间，5-5-7楼梯和升降设备（1)楼梯在城市轨道交通车站中，楼梯是最常用的一种竖向升降设备。在客流不大的车站，当升降高差在8m以内时，一般采用楼梯；大于8m时，考虑乘客因高差较大，行走费力，上升宜增设自动扶梯。乘客使用的楼梯踏步高度宜采用135mm～150mm，宽度宜采用300mm～340mm。每个梯段不应超过18步，不得少于3步，休息平台宽度一般为1200mm～1800mm。楼梯净宽度不应小于2000mm，当楼梯净宽度大于3000mm时，中间应设栏杆扶手。踏步至吊顶的净高不应小于2400mm。楼梯栏杆的高度不宜小于1100mm。车站用房区内，上下层之间至少一处应设楼梯。除设在出人口内的楼梯外，站厅层至站台层供乘客使用的楼梯应设在付费区内。地铁车站中的楼梯应坚固、安全、耐久，并采用非燃材料制成。踏步采取防滑措施。布置楼梯时应参考下列规定：（2)自动扶梯：在客流量大的地铁车站中，自动扶梯是最便利、最迅速的升降设备。其优点是运送效率高，可以减轻乘客疲劳，出故障停运时仍可作为楼梯使用，缺点是造价较高。各国地铁车站中普遍采用了自动扶梯。我国地铁车站，根据具体情况，自动扶梯采取一次或分期安装。《地下铁道设计规范》（GB50157—92)中规定，车站出入口的提升高度超过8m时，宜设上行自动扶梯；超过12m时，除设上行自动扶梯外，并宜设下行自动扶梯。站厅与站台层的高差在5m以内时，宜设上行自动扶梯，高差超过5m 时，除设上行自动扶梯外，并宜设下行自动扶梯。站厅层供乘客至站台层使用的自动扶梯应设在付费区内。（3)电梯：有无障碍设计要求及在车站站房区内，站厅层至站台层之间宜设垂直电梯，以方便残疾人。电梯应设封闭前室并符合防火规范规定。5-5-8风亭、风道及其它建筑物。轨道交通车站由于四周封闭，客流量大，机电设备多，站内湿度较大，空气较污浊，为了及时排除车站内的污浊空气，给乘客创造一个舒适的环境，需在轨道交通车站内设置环控系统即通风与空调系统。早期国内外修建的地铁工程，大多采用自然通风方式即利用地面风、列车活塞风、站内外温差等来与地面空气进行交换，但这种通风方式效率比较有限，通风效果不好。随着社会的发展和科学技术的进步，在近期国内外修建的轨道交通车站中，逐步采用了以机械通风为主的通风方式，普遍采用了环控设备，车站内温度、湿度得到了控制，地下环境得到了很大的改善。但环控设备的增加，势必会导致增大车站规模。为了控制车站规模，缩短轨道交通车站的总长度，节约投资，部分环控设备可设在通风道内。车站通风道的数量取决于当地条件、车站规模、温湿度标准等因素，按环控要求计算确定。轨道交通车站一般设2个通风道，如轨道交通车站附设有地下商场等公用设施，应根据具体情况增设通风道。车站通风道的平面形式及断面尺寸应根据环控要求、车站所在地的环境条件、道路及建筑物设置情况等因素综合考虑决定。站内通风管道位置一般设在车站吊顶内或站台层站台板下的空间内。车站附属用房设局部通风。地面风亭是通风道在地面口部的建筑物，作用是新鲜空气采集及排风。地面通风亭一般均设有顶盖及围护墙体，墙上设一道门，供运送设备使用。通风亭上部设通风口，风口外面设金属百叶窗。通风口下缘距地面的高度一般不小于2m，特殊情况下通风口可酌情降低，但不宜小于0．5m。位于低洼及临近水面的通风亭应考虑防水淹设施。地面通风亭的大小主要根据通风量及风口数量决定。地面通风亭位置应选在空气良好无污染的地方，可设计成独建式或合建式，并尽量与周围环境相协调。城市道路旁边的地面通风亭，一般应设在建筑红线以内。地面通风亭与周围建筑物的距离应符合防火间距的规定，其间距不应小于6m。进风口和排风口之间应保持一定距离，如果进风口和排风口之间水平距离小于5m，其高差不应小于3m，如果进风口和排风口之间的水平距离大于5m，高差可不作规定。一、名称：通讯系统、信号系统教学目标：了解通讯系统、信号系统的各基本结构、基本设备二、重点难点：理解通讯信号的作用教学内容：1、通讯系统的作用、基本结构、基本设备；2、信号显示、联锁、闭塞；3、轨道电路。1、通讯系统的作用、基本结构、基本设备；6-1通信系统的作用为保证城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率，实现运输的集中统一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，城市轨道交通系统必须配备专用的、完整的、独立的通信系统，供构成城市轨道交道系统的各职能部门之间的有机联系和行车的调度指挥。对城市轨道交通专用通信系统的要求是能迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。例如，将各站的客流量、沿线列车的运行状况等信息及时地传送到调度所，并将调度所发布的各项调度命令以及各种控制信号传送至各个车站的执行部门和机构，从而使轻轨系统的运行始终处于有条不紊的状态。城市轨道交通专用通信系统应是一个既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等各种信息的综合业务数字通信网。城市轨道交通专用通信系统，按其功能来分，大致可分为：供一般公务联系用的自动电话通信子系统；直接指挥列车运行的专用通信子系统；向乘客报告列车运行信息的广播子系统；用以监视车站各部位、客流情况及列车停靠、车门开闭和起动状况的闭路电视子系统；用以传送文件和数据的传真及数据通信子系统等。在控制中心和各车站均配备相应的设备以构成各子系统。在控制中心与各车站间，通过电缆、光缆及电磁波等传输媒体将上述各子系统联成一个整体，从而构成一个完整的通信系统，为城市轨道交通系统提供综合通信的能力。城市轨道交通系统通信网的组成6-2通信网的基本结构构成通信网的基本要素是终端设备、传输设备和交换控制设备。将终端设备、传输设备和交换控制设备按照适当的方式连接起来，就可构成各种形式的通信网。城市轨道交通系统的通信网的构成方式必须与城市轨道交通系统本身的构成方式相适应。根据城市轨道交通系统中控制中心和各车站的地理位置分布及线路的构成情况，城市轨道交通系统的通信网大体上有总线型、星形一总线型和环型等几种基本构成形式，如图6-1所示。其中为总线型，控制中心设在线路的一端，各车站通信设备均接在总线上；（b）为星形一总线型，控制中心设在一条线路中间的某一车站或一个控制中心控制多条线路的运行；（c）为环型结构与环状线路相适应。无论采用哪一种形式，在控制中心和各车站均应配备相应的通信设备，组网原理及通信控制过程基本上差不多。为简便起见，下面以总线型为例进行讨论。 6-3通信网的基本设备城市轨道交通的通信系统必须适应与满足轨道交通的运营管理。整个通信系统包括以下5个组成部分：6-3-1光纤数字传输系统光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输介质的一种通信方法，由于光纤传输具有频带宽、容量大、抗干扰性强，以及耐腐蚀，重量轻等特点，已成为城市轨道交通通信传输系统最主要的方式。光纤传输系统主要由光端机、光缆、光中继器以及PCM（脉冲编码调制-PulseCodeModulationdecoding）复接设备等组成。光端机由输入/输出接口、码型变换和反变换、光发送和光接收等部分组成。PCM复接设备将话音、数据图象信号等汇集起来，通过光端机将电信号变换成光信号，经光纤传送，在接收端，光端机将光信号变为电信号，送至PCM复接设备，并将各类信号分离。光中继器用以将传输中衰减了的光信号进行再生放大，保证传输距离。下图为.PCM光纤传输系统框图。6-3-2数字程控交换系统数字程控交换机是将输入的模拟信号，进行模/数转换，变成数字信号，再进入交换网络。进行数字交换接续的程控交换机，是系统的核心，它体积小而适应性强，交换网路阻塞小；它采用冗余结构，可靠性高，并具有自动故障诊断和处理；并且易于构成综合业务数字网，提供各种话音和非话通信业务，提供诸如：缩位拨号、热线服务、呼出限制、免打扰服务、闹钟服务、呼叫转呼、等待、遇忙回叫、会议电话等功能，所以在城市轨道交通中得到广泛的应用。数字程控交换网，除了提供一般公务电话通信外，还可实现其专用的通信业务。（1）专用电话系统专用电话系统是为控制中心调度员、车站值班员、车辆段值班员、以及车站保安人员等使用的内部专用电话提供自动交换功能。1.调度电话调度电话的调度台，设于控制中心的调度所内，调度台根据调度功能，设有列车调度台，电力调度台，防灾报警调度台及总调度台，总调度台只与其他三个分调度台通话，而三个分调度台都与调度分机相连，列车调度分机设在各个车站及车辆段；电力调度分机设在各变电站的值班室；而报警调度分机设在各车站及所属业务部门。调度电话系统框图，由图40所示。对调度电话系统的基本要求是，各调度台通过程控交换网与分机连接，它能迅速地单呼，或全呼下属分机，下达调度命令；各调度分机只要摘机，就可以呼叫各自的调度台，各调度台按下呼叫键，即可呼出或应答相应的调度分机，而各调度系统的分机之间，及其他系统的分机之间不允许通话。调度台通常采用带有液晶显示屏的数字式多功能电话机。2.站间行车电话利用程控交换网在站间建立双向热线的行车电话，以供相邻两站车站值班员之间联系有关的行车事务，它具有直线电话的功能，任一方只要摘机不必拨号，就可以与对方站建立通话。3.轨道沿线电话为保证城市轨道交通系统运行、维护及应急的需要，使工作人员在轨道沿线随时与调度中心及有关部门取得联系。在轨道沿线每隔500米左右间距，设置轨旁电话，每2～3个电话机并联后，通过专用电缆，连向最近的车站交换设备，程控交换网可为所有的沿线电话机，提供与其他分机，及各调度台联系的功能。4.车站集中电话机为了使车站的各职能部分，与车站或本地区的相关单位进行通信，各车站均设置集中电话机，集中电话机的控制台，可采用数字式多功能电话机，它可通过快速呼叫键，呼下属分机，自由地与其他分机联系，分机与集中电话机之间建立延时热线，分机呼叫集中台时，分机只需摘机，等数秒后，便可与集中台通话，如果分机在摘机后数秒内拨了其他分机的号码，则分机可以与其他分机通话。（2）传真通信与数据通信利用城市轨道交通的程控交换网还可以实现传真通信和数据通信业务。只要将传真机（FAX）与电话机并联，接入程控交换网，就可以进行传真通信，通信的建立是通过电话机拨号来实现的。利用传真机的存储和自动转发功能，与程控交换机的交换功能配合，还可以将同一份文件依次传送到各个车站的相关业务部门，实现同报传送。 数据通信是传送数据为业务的一种通信方式，以实现计算机之间，计算机与数据终端，以及数据终端之间的通信，城市轨道交通系统中，控制中心与各车站之间可用数据通信方式，来传递文件和数据，数据通信可以通过程控交换网提供的交换，和传输功能予以实现，利用调制解调器，将数据终端设备接至交换机的模拟用户接口，如上图所示，调制解调器用以完成数据信号与模拟信号之间的交换，只要数据终端设备双方在传输速率、字符编码格式、同步方式、通信规程等完全兼容，就可以实现相互通信。6-3-3闭路电视监控系统为了确保列车的运行安全，及时向有关人员提供车站各部位的安全情况以及客流、列车停站、售、检票情况、列车门开启、关闭等现场实时图象信息，所以设置闭路电视监控系统。闭路电视监控系统由控制中心集中监控系统和车站闭路电视监控系统两部分组成。系统由摄像机、监视器、控制切换设备以及传输线路等部件构成。一般采用黑白摄像机，以达到较高的对比度和清晰度。为了扩大取景范围，根据需要而设置云台。监控室的控制台，可以进行控制操作，如调焦、控制云台上、下、左、右转动等，以达到最佳摄像效果。摄像机的视频信号，沿视频线送到监控室的监视器上，显示现场实时图象，当监视器数目与摄像机数相等时，可一一对应监视，当监视器数目少于摄像机数时，必须经切换器设备，进行有选择地监视。在监控室还配有录像设备，以记录重要的图象信息。（1）控制中心的集中监控系统在控制中心的各调度台上，配备一定数量的监视器，和一个带键盘的控制台，调度员可通过键盘，来选择所希望了解的车站，及车站某个部位的客流情况和突发事件图象；相应的选择信号，经PCM光纤传输系统，发到各个车站的控制单元，各个车站设备收到选择信号后，与本站的编码进行比较，若一致，进一步确定选择哪几个摄像机，然后经图象切换设备，将选中的图象输出，再经过调制器调制复用后，电/光转换，沿光纤送至控制中心，在控制中心，要进行光/电转换，再经过解调器，将几路图象信息，分开送入图象切换单元，图象信息送至相应的监视器；为了便于识别，各个车站备有图象字符发生器，以产生车站名，摄像机号码，日期、时间，并叠印在送往控制中心的个图象上。（2）车站闭路电视监控系统车站闭路电视监控系统为，车站值班人员提供车站现场的实时图象，它不仅受车站值班人员的控制，也受控制中心的控制。车站闭路电视监控系统的监视点，视车站构造而异，一般应在车站的站台区和站区、以及出、入口区、自动售、检票区，设置摄像机进行监视，其中车站站台区的图象，还为司机提供旅客上、下车，及车门关闭情况的信息。6-3-4无线通信系统为了使移动状态下工作的乘务人员，及时地与有关指挥部门取得联系，所以不仅应设置有线通信系统，还必须设置无线通信系统。（1）无线通信系统的组成及功能无线通信系统由基地台、天线及射频电线、隧道内的漏泄同轴电缆、列车无线电台设备、控制台、电源及便携式无线电台等组成。典型的地铁无线通信系统，为了实现双向通信，所以设置了4个频率对（每个频率间隔10MHZ）。（2）无线通信系统功能的实现为了说明无线通信系统如何实现通信功能，我们以列车调度无线通信为例，加以阐述。列车调度员欲与司机通话时，调度员可按下控制盘上的数字键，发出呼叫信息，沿线各列车的车载无线设备，收到呼叫信息后进行比较，当证实呼叫本列车时，接通驾驶室的专用广播。司机按下车载无线发射键时，列车无线电台的发射机被打开，自动地发射该列车的编号及数据信息，该信息经隧道内的漏泄同轴电缆，或地面上的天线传送到最近车站的基地台，由于基地台与车站的PCM一次群有接口，所以经PCM信道传送至控制中心，并在列调监视器上显示出来。呼叫建立后便可通话，通话的话音信息也通过上述途径传送。其信号传输途径示意如下：车载台←→泄漏电缆天线←→车站基地台←→PCM光纤传输系统←→控制中心基地台←→控制中心无线列调控制台。沿线的各个区段，是通过联向基地台的漏泄电缆，或天线实现覆盖的，所以列车运行过程中，可能涉及沿线几个基地台，在通话过程中通过设在控制中心的判决比较器，选择一个具有最好信噪比的基地台，实现通信，在整个通话过程中，判决比较器不断地进行判决。另外，当某个呼叫建立后，无线通信系统，会自动地向其他使用同一频道的移动电台，发出锁闭信号，以防新的呼叫打断正在进行的通话，直到该通话结束为止。移动台之间，禁止使用列调频道通话。当列车发生意外而无法使用车载无线台时，列车无线设备，每隔一固定时间，接通发射电路10秒钟，并将驾驶室环境声音发向控制中心，直到调度员取消选择为止。6-3-5车站广播系统车站广播系统是实现集中管理的重要组成部分。列车到站及离站的实时予告信息，非常情况下的疏导信息等，通过该系统及时向旅客通报，同时，为组织好行车，应及时将运行信息告之行车相关人员。为了实现集中管理，车站广播系统除了车站广播外，还可由控制中心集中播音。（1）车站播音 下图为车站播音系统示意图。车站播音台，配有播音区域选择键盘和送话器，在通信室还设有前置发大器、功放及控制接口单元等设备。车站的控制键按下后，相应的选择信号，经控制和接口单元，使被选择区域的广播电路接通，并使控制中心来的播音信号中断，也即车站播音台对本站的播音具有优先权。在固定区域，可以根据列车运行实现自动广播。为了提高播音的可靠性，每个播音区域内的扬声器，分别由两个扩大器驱动，并以梳状方式排列，其中一个扩大器故障时，仍能不间断地播音及维持基本播音量。站台的广播区域，还应配备自动音量控制装置，以保证播音音量始终保持比此区域内噪声音量高10db左右的水平上，达到较好的播音效果。（2）控制中心播音在控制中心设有列车调度、电力调度和防灾调度三个播音台，三个播音台之间互锁，也即只允许一个播音台播音。三个播音台，分别配有广播区域选择键盘和送话器。选择控制信号，经控制与接口单元，通过PCM信道将其送至车站的控制单元，并显示在相应的播音台上。播音信号经放大，通过专用的屏蔽广播线，传送至所选车站。但各车站的播音具有优先级，从控制中心可对所有车站的所有区域播音，也可对某一个车站的某个区域有选择性地播音。2、信号显示、联锁、闭塞信号是“信号（显示）、联锁、闭塞”的总称，由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系，是现代信息技术的重要领域。随着轨道交通建设的快速发展，当今信号系统技术已融通信、信号、计算机等先进技术于一体，并向数字化、智能化、综合自动化方向发展，其发展水平已成为现代化建设的重要标志之一。在规划城市轨道交通的过程中，必须规划和建设与预测客流量相适应的通信信号设施。用于指挥和控制列车运行的通信信号设施，尽管其投资额在整个工程中所占的比例甚低（通常在3％以下），但对于提高通过能力、保证行车安全却有着至关重要的作用。例如，香港的地下铁道，设计要求载客能力为6万人/（小时·方向），每列车的定员定为2000人／列车（实际使用情况为2616人／列车），则必须每2min发出1列车，即列车间隔为2min。如果信号设备相对落后，如采用移频自动闭塞，那么最小列车间隔为4min，这就意味着在同一条线路上，使用同样的车辆，但载客能力只能达到3万人/（小时·方向）。显然，在城市轨道交通中采用先进信号设备（如列车自动控制系统一ATC系统）是一项事半功倍的措施。随着科技的发展，特别是计算机、微电子技术的发展，使信号技术出现了一场革命。目前在一些发达国家的城市轨道交通中，依赖信号技术的进步，最小行车间隔已缩短至100s以下。采用先进的信号技术，还将大大提高行车的安全性，使得因人为的疏忽(如司机忽视信号显示)、设备的故障而产生的事故率降至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免不必要的突然减速和加速，这不仅可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。据文献报道，采用先进的ATC技术，使列车始终处于最佳速度状态，可导致节省电能15％以上。与机车和轨道技术相同，城市有轨交通的信号制式基本上沿袭了大铁路的传统制式。从城市轨道交通的发展历史看，上世纪末和本世纪初，信号技术主要是采用机械式集中联锁、电话闭塞及机械式自动停车装置。上世纪30年代起，美国率先采用继电式电气集中及利用轨道电路的半自动闭塞，色灯信号机取代了臂板信号机（见图7-8），感应式自动停车装置取代了机械接触式自动停车装置。由于轨道电路技术的出现，站间较长距离的区间可划分为若干个较短的闭塞分区，由列车来控制信号显示，从而有效地缩短了行车间隔，明显地提高了通过能力。上世纪60年代以来，计算机和微电子技术突飞猛进，使信号技术经历了一场革命。以往要靠司机来执行的一些任务，如了望信号、使列车加减速等等现在完全可以在计算机的监控下自动进行，在确保安全的前提下实现最小列车间隔。由于在列车运行调度中心的计算机和列车车载计算机之间建立起了可靠、有效的信息、数据交换的通道，因此，一切列车运行的现状信息（车次号、速度、位置……）都可经由通道向调度中心发送，从而在调度中心内可一览无余地将整条线路的实时状态显示在行车指挥人员面前；与此同时，一切与列车运行有关的信息，如调度命令、线路状态、前方列车的位置或前方停车点的位置……也可通过同一个通道发送给列车车载计算机，从而得出实时的应有最佳速度并显示在驾驶台上，或由司机手动操纵或进行自动操纵，以使列车处于最佳状态。由于调度中心与列车车载计算机之间的协调工作，使运输效率得以最充分的发挥，司机的任务仅限于监督设备的状态。信号技术目前的发展已完全可以实现无人自动驾驶。计算机进入信号领域内的另一场革命是用微计算机来取代继电器的作用，实现联锁功能，即所谓的微机联锁。这将不仅大大节省投资（主要是土建与电缆的投资），而且使可靠性、应变能力、控制范围都有明显的提高。7-2信号（显示）、联锁、闭塞7-2-1信号（显示）英国作为铁路发展的故乡，信号的起源也来源于英国。最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止，就像现在的交警指挥汽车一样。当然这只能是在白天行车，每小时才走10公里，这种指挥方式是安全的，但随着列车数量的增加和超过马车速度的情况下，这种信号已经不起作用了。这是在当时的条件限制下的铁路运营指挥系统也是最早的信号控制技术。 当时在没有固定的信号设施的情况下，司机无法了解前方路线的信息，列车的驾驶完全靠司机的“视力”范围和驾驶经验来控制，当时列车的行驶速度很小，但仍旧发生一些交通事故。随着速度的提高，司机的视觉范围内很难满足列车的制动距离，而且轮轨之间摩擦力很小的情况下与汽车同样速度的火车制动需要更长的距离，而司机的视觉范围的距离远远不够。臂板信号机为了确保安全，人们开始研究固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是进行信号。可是顺向线路的板子实际上很难看见，所以又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示进行信号。随着列车速度的不断提高，要求从远方就能准确看到信号的显示。人们发现，在面积相等的情况下，圆形、方形和长方形相比，以长方形看得最远。因此，1841年英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦桥车站，这是铁路上首次使用的臂板式信号机。当时这种臂板式信号机有两种显示：水平位置表示停车信号，向下倾斜45度表示进行信号（如图7-1所示）。夜间仍用红色灯光表示停车，用白色灯光表示进行。但是，后来发现白色灯光容易和铁路附近的家用灯光混淆，就改用了绿色灯光。目前线路上使用的臂板信号机就是在此基础上发展和完善起来的。早期的地铁也是使用臂板信号机来指挥地铁列车运营，后来逐渐淘汰了，目前仅在建设阶段还可以看到。色灯信号机白天司机可以观察到臂板信号臂的位置，但夜间就很困难了；当电的出现和普及后信号显示逐渐由臂板信号机向色灯信号机进化（如图7-2所示）。和道路信号显示一样，色灯一般也有红、绿、黄三色，。但由于要表达的含义较多入列车通过、停车、慢行等，信号机的色灯一般为上下两个灯垂直排列。臂板信号机和色灯信号机都是固定信号，固定安置在需要指挥列车的地方，如进站、出站、闭塞区间入口等等。司机根据灯光信号显示驾驶列车，在大铁路和城市轨道交通线路中都有使用，今天我们在上海地铁车站出站口还可以看到色灯信号，但是信号显示含义仅仅为容许开车而已。机车信号机色灯信号仅仅解决了夜间行车的信号指示问题，在线路条件不好如弯道多、隧道多，气候条件恶劣如大雾等情况下，司机根据瞭望信号驾驶列车是很困难。于是又产生了装在机车司机室内的机车信号机，克服了司机了望地面信号的困难，同时也防止了由于列车提速而地面信号显示距离不能满足紧急刹车要求，避免单纯依赖地面信号机造成的危险。城市轨道交通信号系统中的机车信号具有比大铁路信号系统具有更重要的作用。机车信号是建立在地面轨道电路基础上的连续式或接近连续式机车信号。历史上不同的自动闭塞制式产生过各种制式的机车信号，例如交流计数电码机车信号、极频机车信号和移频机车信号。机车信号的车载信号机由于信息量不同曾经采取过5灯位、6灯位以及现在广泛运用的8灯位信号机。城市轨道交通信号系统进步到ATC——列车自动控制的阶段，在机车上显示地面信号机的信号显示义没有什么实际意义（实际上地面向车辆传递的信息也不再是红、绿的信号），在轨道交通车辆驾驶室司机驾驶面板上显示的不仅仅是地面信号指示，还有列车运营实际状况等等。7-2-2“闭塞”概念轨道交通车辆是在一条特定的轨道上运行的，如图7-4：由于是轨道交通，轨道起了承载和导向作用，列车A、B、C依次在线路上排队运行，不能超车、不能追尾相撞，而且为了提高线路的运载能力又必须尽可能地缩短两列车之间的间距。铁路线路以车站(线路所)为分界点划分为若干区间。为了确保列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时，必须确认区间内没有列车，并需遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法，叫做行车闭塞法(简称闭塞)。办理闭塞所用的设备叫做闭塞设备。组织区间行车的基本方法，一般有两种:1）时间间隔法:要求列车按规定好的时间由车站发车后，间隔一定时间再发送追踪列车。2）空间间隔法:把铁路线路划分为若干个线路区段(区间或闭塞分区)，在每个线路区段内同时只允许一列列车运行。前行列车和追踪列车之间保持一定距离。 时间间隔法是最早采用的行车方法，但追踪列车不能确切地得到前行列车的运行状态，难于确保列车运行安全，因此已经不再使用这种行车组织方法；空间间隔法把列车分隔在不同区间，能有效地防止列车追尾的发生，确保列车运行安全。这也是铁路和大多数城市轨道交通贤路目前采用的闭塞方法。以上讨论的是防止同向的两列车之间发生追尾冲突，正面冲突可根据两列对向列车不能同时向同一区间发车的原则来控制。站间闭塞站间闭塞是指两个车站之间只能运行一辆列车。该闭塞方式的区间为两个站间距离，运行效率差。站间闭塞有以下闭塞手段和技术：路签闭塞，路牌闭塞、电话闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞。电话、电报人工闭塞在《铁路技规》把它作为一种备用闭塞手段。路签和路牌闭塞是电气路签或路牌作为列车占用区间的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲的人工闭塞方式，这种闭塞方式已逐步淘汰；在上海地铁及条线路开通运营后信号系统尚未正常开通的情况下也采用这种闭塞方式作为过渡。半自动闭塞是人工办理闭塞手续，发车站值班员必须在办理好闭塞手续后才能开放出站信号，列车出发后出站信号机自动关闭，在没有检测区间是否留有车辆的设备时，还须由接车站值班员确认列车的完全到达，办理解除闭塞手续。自动站间闭塞就是在有区间占用检查的条件下，自动办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为：有区间占用检查设备；站间或所间区间只准走行一列车；办理发车进路时自动办理闭塞手续；自动确认列车到达和自动恢复闭塞。如图为我国铁路上使用的人工闭塞和半自动闭塞设备。自动闭塞自动闭塞是将两个车站间划分为若干个闭塞分区，根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换设于分区分界点的通过信号机的显示，可容许两趟以上列车按规定的间隔时分、以相同的行进方向连续进入区间安全运行，司机凭信号显示指挥行车的闭塞方法。这种方法不需要人工操纵，是目前大量使用的行车闭塞方法。其特征为：把站间划分为若干闭塞分区，有分区占用检查设备，可以凭通过信号机的显示行车，也可凭机车信号或列车运行控制的车载信号行车；站间能实现列车追踪；办理发车进路时自动办理闭塞手续，自动变换信号显示。从技术手段角度来分，又可分两大类：传统的自动闭塞（没有装备列车自动控制系统）和具备列车自动控制系统的自动闭塞。传统的自动闭塞大铁路上列车控制大多采用没有装备列车自动控制系统的传统自动闭塞，它一般由地面信号机，保证列车按照空间间隔制运行，装备的机车信号作为地面的辅助信号，主要传输的信号控制信息。传统的自动闭塞一般适用于列车最高运行速度在160km/h及以下，按照信号显示的方式，可以分为二显示（红、绿）、三显示（红、黄、绿）和四显示（红、黄、绿黄、绿）三种。二显示方式一般在地铁中采用，这是因为地下铁道列车运行速度比较低，列车间隔时分的要求比地面上火车运行的要小。地面上的火车运行速度快，载重量大，制动距离长，火车司机不能预先知道前方信号机的显示状态，很难控制机车速度，所以不能用二显示。三显示的自动闭塞目前在世界上运用比较广泛。当货物列车、近郊列车、长途旅客列车和特快列车都在同一区段内运行的时候，而货物列车或速度大于每小时一百公里的特快列车，制动距离大于近郊列车需要的制动距离时，如果仍采用三显示的信号显示，就需要加大信号机与信号机之间（称为闭塞分区）的距离和近郊列车运行的间隔时分，这将造成铁路的通过能力降低。为了保证高速列车的最大制动距离，同时还满足近郊列车运行时对闭塞分区要求的一般程度，就要改用四显示信号。具有列车控制系统的自动闭塞列车运行自动控制系统保证列车按照空间间隔法靠控制列车运行速度的方式来实现的。 运行列车之间必须满足最不利条件制动距离的需要。根据列车控制系统采取的不同控制模式形成不同的闭塞制式。在保证运行安全的情况下，列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。 从闭塞制式的角度来看，装备列车运行控制系统的自动闭塞可分为三类：固定闭塞、准移动闭塞（含虚拟闭塞）和移动闭塞。固定闭塞：列车控制系统采取分级速度控制模式时，采用固定闭塞方式。运行列车间的空间间隔是用轨道电路固定划分的闭塞区段并检测列车占用，列车以闭塞分区为最小行车间隔。其传输的信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，即该区段所规定的最大速度码或出/入口速度命令码。列车速度监控采用的是闭塞分区出/入口检查方式，当列车的出口速度大于本区段入/出口速度命令码所规定的速度时，车载设备便对列车实施强制性制动。固定闭塞系统采用阶梯式控制方式，追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。 准移动闭塞：通过音频轨道电路的发送设备向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态(曲线半径、坡道等数据)等信息，结合固定的车辆性能数据，计算并调整出适合本列车运行的速度/距离曲线，每个闭塞分区不设速度等级，保证列车在速度/距离曲线下有序运行。准移动闭塞采用数字式音频无绝缘轨道电路、音频无绝缘轨道电路+ 感应电缆环线、计轴十感应电缆环线或无线方式作为列车占用监测和信息传输媒介，追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留有一定的安全距离，而后行列车从最高时速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞，其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。移动闭塞：该系统也采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制），它不依靠轨道电路，而是采用交叉感应电缆环线、裂缝波导管以及无线通信等方式实现车地间双向数据传输，监测列车位置使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行其它信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车，列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，控制列车的牵引、运行、惰行及制动。追踪列车之间应保持一个“安全的距离”。这个最小安全距离是指后续列车的指令停车点和前车尾部的确认位置之间的动态距离。这个安全距离允许在一系列最不利情况存在时，仍能保证安全间隔。列车安全间隔距离信息是根据列车运行速度、给定的安全防护减速度、列车最不利时的减速度、列车目标地点或前车尾部位置和线路条件等信息计算而定。信息被不断更新，以保证列车连续收到即时信息。因此，在保证安全的前提下，能最大程度地提高区间通过能力。该方式的空间间隔长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。7-2-3联锁的概念在轨道交通线路中，一般均采用了双线，列车间隔运营，信号设备和轨道结构比大铁路简单得多。但由于有一些站可能要折返，还由于一些区间线路要考虑列车进出车辆段，这就要在线路上加入道岔，使线路可以分岔。信号要指示司机列车是走直股轨道还是走曲线股轨道。有道岔区段的线路，轨道交通信号就要根据运行图，将道岔搬动到位，并锁定位置、给出信号，指示列车是走直线股道还是曲线股道，这就是联锁的概念。初期的转辙机是机械的，联锁信号是由安装在机械转辙机上的闭板信号机来来显示的，如图7-10所示。美国上一世纪三十年代率先使用了色灯信号和电气转辙机，并使用继电器组成电气集中联锁电路。八十年代又开始使用微机联锁装置。“联锁”——是指为保证行车安全，而将车站的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即联锁关系。在介绍联锁关系前需要介绍一下道岔、信号和进路之间的制约关系。进路是列车或调车车列在站内运行时所经由的路径，所有进路都有起点和终点。终点通常是下一个信号机、终点站、调车场或车厂。在车站联锁系统中主要包括下列技术及相应设备：进路空闲的检测技术。检查进路空闲是保证行车安全的重要条件之一，目前主要是利用轨道电路实现这一任务的。道岔控制技术。道岔是进路上的可动部分，如果对它控制不当，有可能造成列车或车列脱轨，或者造成列车或车列驶入停有车辆的线路而发生撞车事故。因此，如何控制道岔是非常重要的。信号控制技术。信号机是联锁系统中极其重要的基础设备之一。只有在安全条件确认满足时才允许信号机开放，否则信号机必须在关闭状态。控制信号机的开放与关闭。直接关系到行车的安全。联锁技术。联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术。联锁技术是车站信号自动控制系统的主要内容。故障—安全技木。对铁路信号系统来说，必须考虑在发生故障后，其后果不应危及行车安全。在如今信息技术快速发展的时代，新技术不能及时应用到铁路信号系统中，主要是受这一原则的制约。电锁器联锁图7-7所示，电锁器联锁就是道岔靠人力通过机械转换，信号机由有关人员通过电气或机械操纵，用电锁器完成联锁关系。电锁器联锁的原理是：分别在道岔和信号机握柄上装设电锁器，通过道岔或信号电锁器的接点的闭合和断开，控制相关信号或道岔电锁器电磁锁的电路，以实现信号机和道岔间以及信号机与信号机之间的联锁。电锁器联锁设备因采用信号机类型不同分为臂板电锁器联锁和色灯电锁器联锁。臂板电锁器联锁设备使用直流电源，其进出站信号机为机械臂板信号机，信号握柄按上、下行分别集中在扳道房附近的信号握柄台上，由扳道员操纵。进、出站信号机开放与关闭的控制机由车站值班员用控制台上的手柄进行控制。色灯电锁器联锁设备用于半自动闭塞区段，有可靠交流电源，但尚未具备电气集中条件的车站上。其进、出站信号机采用色灯信号机，道岔转换采用带电锁器的道岔握柄及转换锁闭器。信号机由车站值班员以控制台上的信号按钮或手柄集中控制，道岔由扳道员现场就地转换。 继电联锁用电气方法通过信号楼内的控制台操纵车站内的色灯信号机和电动转辙机，使信号机、进路和道岔实现联锁并能监督列车运行和线路占用情况，这就是继电联锁。在继电联锁中实现联锁的主要元件是继电器。 20世纪50年代以后，继电联锁都采用电磁继电器，以逻辑电路实现联锁，全站的信号机和道岔可由一个信号楼集中控制。继电联锁的作用原理是：信号操纵人员的控制台将控制信号机和电动转辙机开放或关闭的指令，通过连结继电器室内的电缆传送到继电器室内的继电器组合上，继电器组合上的继电器接收到指令后，使继电器的衔铁被吸动或复原，继电器动作的信号再由电缆传送到相应信号机和控制相应道岔动作的电动转辙机，使信号机处于开放或关闭状态，使道岔处于定位或反位状态，从而使进路上的信号机、道岔与相应的进路实现联锁。继电联锁设备由室内设备和室外设备两部分组成。室内设备主要有控制台、继电器组合及组合架、分线盘和电源屏等；室外设备主要有色灯信号机、电动转撤机、轨道电路及电缆线等。微机联锁继电器联锁设备经过多年的发展，在安全性和可靠性等方面都日趋完善。但随着铁路运输的发展和科学技术的进步，人们对联锁设备又提出了更高的要求，希望用小巧的电子器件代替体积庞大的继电器，进一步提高系统的性能。一九七八年世界第一个微机联锁系统在瑞瑞典哥德堡问世以来，微机联锁技术发展相当迅速。日、英、德、法等国家都竞相进行微机联锁的研究开发工作。经过十几年的努力，各国的微机联锁技术日趋完善和成熟。许多国家决定今后重点发展微机联锁系统，对新建铁路不再采用继电器联锁设备。微机联锁系统是以微型计算机取代了传统的电气集中电路而构成的车站信号自动控制系统。在微机联锁系统中，计算机对车站值班员的操作命令和现场状态信息按规定的联锁逻辑进行分析与处理，实现对铁路车站信号设备的控制。理论和实践证明，微机联锁系统无论在安全性、可靠性，还是在经济效率上，都具有更大的优越性。随着科技的进一步发展，微机联锁系统也在不断的发展和完善。车站微机联锁系统与继电电气集中联锁系统相比，有其很大的优越性，主要体现在以下几个方面:微机联锁系统的功能将更加完善。继电器集中联锁系统由于继电器电路的局限性和费用昂贵等原因，在功能上仍然存在不足之处，而且在扩展功能方面也受到了限制。在微机联锁系统中，继电器联锁的上述缺点可以用少量的硬件投资和开发软件来加以克服。微机联锁系统便于实现系统自身的现代化管理。微机联锁系统也更适合于与其它行车管理系统协调工作。随着计算机技术和超大规模集成电路的发展，微机联锁系统的投资将会越来越低，使其在节省费用方面比继电器联锁系统占据更大的优势。微机联锁系统的硬件结构有较大的选择范围，一般来说受到下列因数影响。车站所在线路的等级和运输繁忙程度。车站联锁区的范围和联锁区站场的分布形状。使用方对设备和功能所提出的要求。车站微机联锁装置是按照一定的联锁规则控制站场内信号机、转辙机和各种室外设备，安全可靠地控制列车或调车运行的一种控制设备，是铁路信号设备中可靠性要求最高的中枢控制系统。双机热备冗余微机联锁系统从计算机结构上可分为上位机和下位机两层结构，上位机在多任务实时操作系统支持下完成任务的管理调度、控制台输入输出管理、进路生成、联锁运算、通信管理以及系统故障诊断等功能。下位机作为联锁运算机和输入输出执行机。3、轨道电路的概念7-3轨道电路的概念轨道电路是区间钢轨传输线和连接于其始端和终端的设备总称，用来检查列车占用钢轨线路状态，它的出现代表铁路自动信号的诞生。美国人鲁宾逊1870年发明了开路式轨道电路，1872年研制成功了闭路式轨道电路。7-3-1轨道电路的进步轨道交通的信号大多得益于可以作为“导体”的两条“钢轨”、固定钢轨的轨下基础是绝缘的，由此组成了可以传递“信号”的轨道电路。而不铺设钢轨的城市轨道交通，比如采用橡胶轮胎的独轨交通，有一些“钢轮钢轨”系统的轨道交通，比如巴黎地铁的某些线路，在运行线路全线敷设环线，用其来传送ATC信息（由此得名“环线方式”）,也可以通过设于运行线路的点式传感器（信标），向车上传递特殊的点式信息。综合连续式和点式信道，可实现列车与地面的双向信息交换，作为轨道电路技术的一个旁支是在德国铁路及城市轨道交通上广泛采用的“计轴器”。从铁路发展史上看，由于早期的德国铁路普遍采用钢枕，因此，常规的轨道电路因被钢枕短路而无法采用，于是德国铁路工程师发明了独特的计轴技术。7-3-2轨道电路的分类由于对轨道电路技术要求个运用条件的不同，根据区间轨道电路的不同特征轨道电路有不同的分类方式：按相邻轨道电路的分割方法分为：有绝缘（机械）轨道电路和无绝缘（电气）轨道电路，电气绝缘轨道电路始通过谐振回路等电子期间实现相邻轨道区间的电气绝缘；按信号电流的性质可分：为直流轨道电路和交流轨道电路；按接收器的工作方式分为：电压接收式轨道电路和电流接收式轨道电路；按供电方式分为：连续式轨道电路和脉冲式轨道电路；按列车牵引类型分为：非电气化区段轨道电路和电气化区段轨道电路。 轨道电路的基本工作状态主要有调整状态、分路状态和断轨状态。调整状态是指轨道电路空闲、线路完整、设备正常时的轨道电路状态；分路状态是指钢轨被轮轨（或其它导体）相连，能反映出线路被占用的电路状态；断轨状态是指轨道电路的传输线（钢轨）在某处断开的电路状态。轨道电路需要考虑这三种状态下的最不利条件。下面只介绍有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路7-3-3有绝缘轨道电路在线路上截取适当长度的钢轨，并在这适当长度钢轨的两端安装绝缘节，把钢轨分成一段一段独立的电路,每一段的两端都安装发送和接受设备。当区间无车占用时，电路从电源经钢轨流经继电器，并使其励磁带动节点吸起，接通绿灯电路，显示轨道空闲，如图7-8所示。当列车进入闭塞区间时，如图所示，电流从电源出发沿钢轨经车轴完成回路，电流并不经继电器，因此继电器失磁落下，点亮红灯，显示区间被车占用。加入该区间因钢轨断裂，无法形成回路，继电器也无法励磁，点亮红灯，可保证行车安全，如图7-9所示。当所有车列离开区间后，继电器重新励磁，点亮绿灯。能否用继电器落下点亮红灯呢？倘若电路有一部分发生故障，无法使继电器励磁不能点亮红灯，存在行车安全隐患。铁路信号必须遵循“故障－安全原则”，即当设备发生故障时，仍可继续指挥行车安全,因此不能用落下节点点亮红灯。上述轨道电路符合该原则，因此是安全的。有绝缘移频轨道电路其优点是传输距离长、信息量大。但随着长钢轨线路的出现，有绝缘轨道电路在运营中其轨端绝缘节是最薄弱的环节，故障率比较高，逐步暴露出其在自动闭塞系统中的不适应性，因此需要将无绝缘轨道电路进行无绝缘改造。7-3-4两种无绝缘（电气）轨道电路无绝缘轨道电路按原理可分为两大类：1）电气隔离式，又称谐振式。它是在轨道电路的分界处，采用电容和一部分钢轨的电感构成谐振回路，相邻轨道电路采用不同的信号电流，从而实现轨道电路的电气隔离。法国的UM71就是采用这种方式。2）自然衰耗式，又称叠加式。它是利用轨道电路的自然衰耗或不同信号特征，实现轨道电路的隔离。短路式音频轨道电路和有绝缘接头的轨道电路将钢轨绝缘成一段一段的情况不一样，无绝缘音频轨道电路是采用短路联接式，每隔一段距离使用钢条将左右两根钢轨连结起来，如图7-10所示。每两根钢轨和两根连结钢条可以看成是一个线圈（只有一圈的矩形线圈），是线圈就有一个“电感”，配以适当的电容C，就组成了LC并联谐振电路。在发送端由发送器送入f2的音频信号；该信号在接收端，由接收器接收。有机车驶入，轮对的短路作用，接收器上就没有了这个信号。相邻四个轨道电路分别由各自的发送器送入不同频率f1、f2、f3、f4的四个音频信号，从而可以组合成需要的四种信号状态——“红灯”、“红灯“、“黄灯”和“绿灯”信号。轨道电路两端的连结钢条的作用之一是确保相邻轨道区段的音频信号互不干扰；此短路钢条的另一项作用是使两条钢轨可共同平衡地作为牵引电流的回线。这种无绝缘轨道电路谐调区充当绝缘节，由于其谐调区内有分路死区段问题，且死区段长度与信号频率有关，频率越高，死区段越短，反之，频率越低，死区段越长。因此这种制式要求信号频率较高如（1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz四种载频），此时谐调区长度为26米，在最不利条件下死区的长速控制在20m左右，同时为解决信号频率提高后轨道电路传输长度缩短的问题，在钢轨上每隔100m加一个补偿电容（33μF），使钢轨电感对信号传输的影响大幅度降低，轨道电路传输长度相对较短，在1.0～∞Ω·Km道床电阻条件下，其传输距离只有900m。S型电气绝缘轨道电路S型电气绝缘轨道电路是由两段钢轨和一条S型（多股铜绞线）连接线组成。发送器和接收器的一个输入（出）端接在S型导线的中间。电容器C2与钢轨电感L2组成谐振于区段2音频频率f2的并联谐振电路；电容器C3与钢轨电感L3组成谐振于区段3音频频率f3 的并联谐振电路。为了克服上述弊端，目前在城市轨道交通领域一般都采用S型联接音频轨道电路，其原理图如图7-11所示。列车进入或离开轨道区段2时，随着接收器2和接收器3的端电压的变化来判断区段的占用情况。当车轮驶入谐调单元附近分路时，保证相邻两轨道电路都处于占用状态，不会出现空闲的“死区段”状态。S型联接音频无绝缘轨道电路符合信号安全原则，所以已经被广泛应用。为了避免干扰，频率的配置按照一定的规律配置，上下行采用不同的频率，这样要经过多个个轨道电路才会出现频率和轨道数据相同的情况，由于信号的自然衰耗，在最不利条件下，这两段轨道电路互不影响。7.4城市轨道交通信号系统概述7.4.1城市轨道交通信号特点自1863年第一条用蒸汽机牵引的城市轨道交通——地下铁道在伦敦率先建成，各种城市轨道交通应运而生，根据国外的经验，大中城市以地铁与轻轨等快速轨道交通为主交通结构将有效地解决城市道路地用度问题。因此城市轨道交通具有高速度、高密度、不间断运营、客运为主的特点；同时城市轨道交通地处大中城市市区，在设备安装上需要考虑景观谐调，尽量不使用地面信号机。信号系统作为行车指挥和列车运行的控制设备，在保证行车安全、提高通过能力、节能及改善运输人员的劳动条件等方面却起着至关重要的作用，在城市轨道交通中采用先进信号设备是一项事半功倍的效果。世界先进国家的地铁和轻轨运营经验证明，只有高水平的信号系统才能更充分发挥其它技术装备的能力，而且它的水平代表了整个地铁与轻轨技术装备的现代化水平。针对城市轨道交通的特点，其信号系统与传统大铁路的信号系统在控制原理上基本相同，但他也有自身诸多特点：表7-1城市轨道交通与传统铁路信号系统的区别城市轨道交通信号系统传统信号系统列车运行速度低，可采用较低速率的数据传输系统。列车运行速度高，可采用较高速率的数据传输系统。车站仅有上下客功能，一般车站不设道岔，联锁设备监控对象少。联锁设备对象多。行车组织简单，列车种类单一行车组织复杂，列车种类多。减少或取消了传统的地面信号，机车信号作为主体信号。通过设置在地面的色灯信号机指挥行车，机车信号作为辅助信号。传递给列车的是具体的速度或距离信息。传递不同的行车命令依靠ATO驾驶或无人驾驶，司机劳动强度大大减少。依赖于司机进行速度控制调整。为满足城市轨道交通安全高效运输，一个重要的技术手段就是列车自动控制系统（ATC）。7.4.2列车自动控制系统(ATC)城市轨道交通的信号系统是保证列车运行安全和提高线路通过能力的重要设施。基于城市轨道交通区别于大铁路的诸多特点，传统的信号系统已不能适应城轨交通的发展，必须用一种能实现列车速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的系统来替代，这就是列车自动控制系统（AutomaticTrainControlSystem）。系统中后续列车根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，（或按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息），根据上述信息列车自动地控制运行速度，以达到自动调整行车间隔的目的，提高运输效率，并由列车自动控制系统实现在车站的程序定位停车。ATC系统取消了传统的地面信号，将机车信号作为主体信号，信号的含义发生了质的变化，传递给列车的是具体的速度和距离信息，系统能可靠地防止由于司机失误而超速或追尾等事故，确保列车运行安全。列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括三个子系统：列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)、列车自动保护系统ATP(AutomaticTrainProtection)、列车自动运行系统ATO(AutomaticTrainOperation)，简称“3A”系统。ATC是在保证行车安全，提高运营效率的情况下，实现列车的自动控制。这三个子系统是通过信息交换网络构成闭环系统，可以充分发挥保证行车安全，提高运行效率，缩短行车间隔，促进管理现代化，提高综合运营能力贺服务质量的作用。城市轨道交通信号系统按子系统设备所在区域，由以下部分组成：行车指挥控制中心：由列车运行监视（调度监督）或列车运行监控（调度集中）或列车自动监控等子系统构成。指挥列车运行的控制中心，设有作为ATC系统中枢的计算机系统；数据传输系统，实现控制中心与全线车站信号设备室之间的实时数据信息交换；调度员通过控制台下达行车控制命令。现场的列车在线信息，车次号信息以及道岔、信号机的状态信息等，由调度员的CRT或壁式大屏幕显示屏显示。车站及轨旁子系统：由行车指挥系统车站设备、联锁、行车运行控制系统的地面设备及其与联锁设备的接口、列车识别等其他设备组成。车站信号设备室，通过ATP子系统的轨旁设备，发送列车检测信息，以检查轨道区段内有、无列车占用，并向列车发送限速命令、门控命令、定位停车指令等。车载子系统：由机车信号和自动停车设备、车载ATP/ATO 及列车识别等设备组成。车载设备接收并解译地面送来的各种指令，完成速度自动调整和车站程序定位停车，实现列车的自动运行。车辆段（场）子系统：由联锁设备、行车指挥系统等设备组成。7.4.3列车自动防护（ATP）ATP子系统是保证行车安全的基本系统，可实现列车的间隔控制、超速防护和进路的安全监控、安全开关门的监督等功能，确保列车和乘客的安全。ATP子系统必须满足故障－安全原则。主要包括车载设备和地面设备。7.4.4列车自动监控子系统（ATS）ATS子系统主要由中央计算机网络系统和车站计算机或中断模块设备组成。它完成全县列车地运行管理和监控。其控制方式可由中心集中控制，也可由车站分散控制。ATS主要作用是编制、管理行车计划，实现对全线列车的监控和列车运行的自动调整。7.4.5自动驾驶子系统（ATO）ATO系统以列车自动保护系统为基础、配置车载计算机系统及必要的辅助设备，主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能。它对于列车运行规范化、减少人为影响，在高密度、高速度运行条件下保证运行秩序有很大好处，在节约列车能耗方面也有一定作用，同时还可以减轻司乘人员的劳动强度。ATO主要由车载设备和地面设备组成，其主要功能有：7.4.6列车控制系统的分类由于地面设备构成不同、地面与车载信息传输方式不同，构成的ATC系统也不尽相同，其功能与使用效果也有差别。我国目前还不具备提供完整的列车控制系统，应用在城市轨道交通系统中ATC核心技术都采用国外的先进技术，综合国内外ATC系统的产品，系统可以有以下几种分类：1）按车地信息传输方式分；2）按对列车的控制方式分；3）按闭塞方式分。7.4.7ATC系统的发展趋势为了轨道交通的载客能力，一方面可增加每列车的车辆数目及车辆的空间容量，另已方面就是缩短行车间隔，后者为发展更先进的列车运行控制系统提供了需求。与此同时，微计算机技术的飞速发展也为发展列车速度自动控制提供了良好的硬件和软件环境。自70年代起。世界上一些著名的信号公司，如法国的阿尔斯通〔ALSTOM〕，德国的西门子(SIEMENS)、英国的西屋(WestingHouse)、瑞典的ADTranz，美国的US&S等相继推出基于数字轨道电路的准移动闭塞ATC系统，使城市轨道交通的通过能力大大提高，运行的安全性和可控性也得到改善。现在，基于准移动闭塞的ATC系统己在世界各国得到广泛应用。目前，作为准移动闭塞ATC系统基础的数字轨道电路正朝着双向信息传输和更高的传输速率、更多的信息量方向发展。相对于以固定闭塞为分区为单位的固定闭塞，移动闭塞前后车间距是以距离连续描述的。移动自动闭塞中轨道占用不再是以分区为单位，而是以列车车长为单位的。7.4.8移动闭塞铁路或城市轨道交通信号系统在很长时间是用轨道电路作为媒体来传输列车信息，形成列车运行控制系统，也就是基于轨道电路的列车控制系统(TrackcircuitBasedTrainControl，简称TBTC)。轨道电路有它不可忽视的优点，它能比较完善地检查列车完整性，从而为有效地保证行车安全、提高行车效率发挥了巨大的作用，基于轨道电路的列车控制系统是信号系统的基础和特征。然而随着铁路运输发展尤其是城市轨道交通高密度、高可靠性要求，TBTC缺点也逐步体现出来，而CBTC更能满足城市轨道交通信号控制的需求。上世纪60年代起，世界各国相继涌现出了大批的新型列车运行控制系统及相关理论。60年代初国内著名的铁路信号专家汪希时教授提出“无线自动闭塞系统”(后称为“移动自动闭塞系统”)，其中创建性的指出利用无线传递车、地间双向大容量信息的可能。1999年9月，IEEE为CBTC制订了第一个标准，将CBTC定义为:利用不依赖于轨道电路的高精度的列车定位、双向连续、大容量的车一地数据通信以及车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统。定义中指出CBTC中的通信必须是连续的，这样才能实现列车自动控制。利用查询应答器和环线装置只能实现车、地信息的点式不连续传送，因此按照该定义，该类应用的系统不能称为严格意义上的CBTC(这并不意味着查询应答器和环线装置不能用或不重要，在利用空间无线的CBTC中仍然需要查询应答器或环线装置提供点式信息，以校正定位信息、列车进、出站标识等)，利用轨间电缆、漏泄电缆和空间无线都可以实现车、地双向信息的连续传输，满足CBTC定义的要求。移动自动闭塞一般由列车自动防护系统车载设备通过精确测定列车前部位置，实时传送到地面控制中心，在由地面控制中心根据车长确定列车尾部的精确位置，在此基础上附加一定的安全距离确定出后车追踪运行的目标点。以此目标点计算出后行列车的运行控制命令通过通信系统实时发送给后行列车，由车载设备实时控制列车，以确保列车运行安全。因此，列车的精确定位和高可靠大容量双向的实时通信是实现移动自动闭塞关键技术。7.5.4不同制式存在及发展方向从以上介绍可以看出，不同时期投入运营轨道交通采用了不同的列车控制系统。各个列车控制系统已印入了其时代特性，它反映了科技发展的必然，也反映了ATC系统的发展进程，制式不同造成各系统的硬件设备、软件结构各不相同，而且轨旁设备与车载设备也无法兼用，使得各条线路之间暂不能实现互通互联。评价一个ATC系统，最主要的是确保列车运行安全的ATP子系统，也就是ATP子系统的基础—轨道电路的制式。轨道交通1号线是我国第一次引进国外的ATC系统，它始于上个世纪90年代初期，当时还是“ 模拟信号”的时代，所以选用基于音频无绝缘轨道电路的ATP系统为基础的ATC系统，反映了其技术成熟、可靠和先进性，体现了当时的时代特征，决定了ATC系统只能采用模拟、分列元件的电路，机车信号的速度码信息也只有6种，采用台阶式的定位停车方式，1号线ATC系统投入运行以来，性能稳定、动作可靠，安全运行至今。2号线ATC系统引进时，正值数字电路技术趋于成熟应用阶段，而且“目标速度”制式的数字编码轨道电路ATP子系统，在国外已有了成功运行的经验，以数字编码和计算机技术为基础，信息传输速率高、信息量也大，数字信号处理速度快，所以2号线ATC系统中决定选用基于数字编码轨道电路的ATP子系统是正确的。其轨旁设备，列车传送的信息中不仅包括“目标速度”，还包括轨道区段的载频，以及到达“目标速度”的距离，相比1号线，其定位停车方式也趋于“曲线模式”制式，所以制动性能更好，也提高了旅客的乘车舒适度。ATP子系统已在2002年6月开始，正式投入运行。可以说2号线的ATC系统相比1号线在技术上，上了一个台阶，目前这种制式在轨道交通中，仍处于广泛应用的阶段。3号线的ATC系统相比2号线，虽然都称为数字轨道电路，但向列车传送信息的内容发生了很大变化，它传送的是围绕着的与先行列车之间的距离，以及进路地图，而不是传统的“速度命令”，这是ATC系统在这一领域，新的研究成果的应用，这种制式要求传输速率更高，信息量也更多。“距离”信息要求不断地对列车进行“重新定位”，而且在一定的区域内，其“进路地图”信息基本相同，所以对轨道电路的分割，并不像按“闭塞分区”划分那样严格，轨道电路的数量可以减少；这种“距离信号”，也为今后发展移动闭塞奠定了基础；其定位停车方式，车载计算机根据“距离”而不断修正其制动曲线，使模式曲线式制动更为理想，达到缩短行车间隔的目的，进而提高行车效率。技术随着时代而不断进步，ATC系统也是这样，随着新技术的不断涌现，而更加先进，所以上海市已建成的三条线的ATC系统，它们都代表着不同时期的产物。但由于不同线路，采用不同的ATC系统，各个系统之间的不兼容性，造成不同线路的列车不能“跨线运行”，确实对运营带来很多不便。线路联网后，由于不同线路的列车无法“跨线运行”，就不能充分发挥轨道交通的网络优势，势必对旅客出行带来不便。如何解决这个问题，成了有识之士共同关心的议题。对信号工作者来讲，要掌握三条线路的三种不同制式，技术人员也要有较长时间的学习过程。由于轨旁、车载设备各不相同，无法通用，今后的各条线路的备品、备件，设备更新都是难题。ATC制式的不统一带来的问题非常严重。由于无法互联互通，每列列车都只能在固定的线路上运行，每条线路都需具备自己的预备车并设有独立的停车空间，由此带来的成本非常巨大。目前不同制式ATC系统的存在是客观事实，而且，在较长的一段时期也不可能统一，不分线路需求而求统一是不切实际的。ATC系统是为列车运行服务，根据不同线路的需求（尤其是列车运行间隔时分和客流量），可以采用不同制式的ATC系统。以满足运行要求为前提，选用技术、经济比较合理的ATC系统；对于运行间隔时分较长、客运量也不太多的线路，可以采用较为简易的系统，既实用又可以降低造价，当然其技术也能反映当今时代特征，而且要考虑今后的发展，5号线采用点式ATC系统是明智之举。对于运量大、运行间隔时分小的线路，应选择完整的ATC系统，才能满足运营需要。随着交通网络日益完善，各条线路之间的跨线运行是必然趋势。因此对跨线运行除了加快自主开发产品的步伐外，应用先进通信技术也是解决不同制式之间矛盾的方式之一。CBTC系统采用先进的通信、计算机技术对列车进行连续控制，它可不依靠轨道电路对列车占用轨道的检测，从而真正实现移动闭塞，降低发车间隔；无线CBTC通过开放的数据通信网络实现列车与轨旁设备实时双向通信，信息量大，还可以实现其他附加功能；对既有的列车防护系统采用无线CBTC进行改造后，可以实现既有信号系统与无线CBTC的补充，可以实现既有线与新的无线CBTC线路的跨线运行。目前，新线建设直接选用CBTC系统的线路较少，即使上了CBTC系统，还是以传统的数字轨道电路系统或其他点式设备为后备，这反映了用户对CBTC系统可靠性的心理担忧，但我们相信CBTC系统是具有发展方向的列车运行控制系统，它正在日趋完善，在通信“分层”结构标准规范下，其可靠性、安全性是能保证的。作为心理承受能力，采用“站间闭塞”的传统方式作为后备，也是可行的。其关键是对CBTC系统本身的可靠性和安全性论证，其接口标准的认定，以及对系统功能需求规范的制定等等，当然价格也是决定因素之一。一、名称：轨道交通车辆教学目标：了解车辆的类型、组成部分、技术参数；重点讲解车辆的走行部分、制动系统。重点难点：掌握轨道车辆的组成教学内容：1、车辆组成、技术参数；2、走行部分；3、制动系统。1、车辆组成、技术参数；8-1轨道交通车辆导论轨道交通车辆和汽车及其他的路上车辆结构和驱动原理有很大的不同。自行车的行驶轨迹是“自由”的、不受约束的；驱动的牙盘装在车架上；转弯是由车把手控制；两个轮子的轴是固定在车架上，而轮子和轴靠钢碗和钢珠组成的轴承连结。汽车也有类似的情况：汽车的行驶轨迹是“自由”的、不受约束的；驱动的发动机装在底盘上；转弯是由方向盘控制前轮；两个轮子的轴或轴套是固定在底盘上。车厢则固定在底盘上。为了能转半径比较小的弯，汽车的两根轴之间的轴距不会很大，即车厢一般均不太大，如果要加大轴距则必须加“铰接”，如铰接公共汽车或如示意图的集装箱车如图8-1所示。火车的出现早于汽车，从美国早期的火车可以看出，它是由马车的车厢演化而来，车轴固定装在车厢底部，车轮绕轴转，轴距不大，车厢也较小。 8-1-1转向架概念较长轴距的轨道交通车辆仅在直线轨道上行驶没有问题，但在曲线上就不容易处理了。由于是曲线轨道，外轨道比内轨道轨迹长，汽车前轮可以转一个角度，后轮则通过牙包差速器，外轮比内轮转动快；而火车的前后轴是平行的，如果两轮轴间距太大，则在小半径曲线轨道上，不可能让四个轮子都在钢轨上，而且要求外轮要比内轮转得快。鉴于此原因后来发展的轨道交通车辆就改换了一个和汽车结构不同的思路，引进了“转向架”的概念。轨道交通车辆的行驶轨迹是“不自由”的、受约束的，在特定的轨道中行驶；驱动车辆的电动机装在转向架上，直接驱动车轴，车轴和车轮紧配合成一体（轮对）；特定的轨道不但承载而且提供了轨道交通车辆的导向，司机室内没有方向盘之类的转弯装置；轮对的轴承盒弹性固定在转向架上；车厢则通过心盘和转向架连结，互相之间可以在一定范围内转动。8-1-2城市轨道交通车辆的特殊要求城市轨道车辆主要是指地铁车辆和轻轨车辆，它是城市轨道交通工程的最重要的设备，也是技术含量较高的机电设备。城市轨道车辆应具有先进性、可靠性和实用性，应满足容量大、安全、快速、舒适、美观和节能的要求。城市轨道交通车辆作为城市公共交通工具，主要在市内和市郊运行。它的运行条件与干线铁道车辆有种种不同：车辆要在地下隧道、高架和地面轨道运行，站距短，线路曲线半径小，坡度大；客流量大而集中，乘客上下车频繁，高峰时会超载。作为公共交通，应尽量缩短乘客的乘坐时间，由于站距短，要提高最高运行速度是困难的，所以车辆一般有较高的起动加速度和制动减速度，以达到起动快，停车制动距离短，提高车辆平均速度的目的；车辆的设计应遵循减少能耗、减少发热设备的原则，用以降低隧道内温度升高；为此要尽量减轻自重，选择效率高的传动系统；由于运转密度较高，为确保安全行车，地下铁道的通信信号比较复杂，所以车载通信信号设备及车辆的控制系统，应有良好的适应能力。随着生活水平的提高，人们对乘坐舒适性的要求也越来越高，所以车辆的悬挂系统比大铁路要求高，不少地下铁道车辆的车厢内除采用机械式通风换气来改善车内空气品质外，还增设空气调节装置，千方百计提高乘坐舒适性，并改善司机的工作条件。同时，在降低车厢内来自轮轨系统和动力系统的噪声上也采取多种有效的措施。8-2城市轨道交通车辆的组成地铁车辆有动车和拖车、带司机室车和不带司机室车等多种形式，例如上海地铁有带司机室拖车（A型）、无司机室带受电弓的动车（B型）和无司机室不带受电弓的动车(C型)3种车型。当采用6节编组时，其排列为：A—B—C—C—B—A；当采用8节编组时，其排列为：A—B—C—B—C—B—C—A；这样就能保证所编列车首尾两节车(全列车首尾两端)均带有司机室，中间各节车之间均为贯通，方便乘客沿全列车随意走动，使乘客在全列车中均匀分市，也有利于在列车发生意外事故时让乘客有秩序地沿此通道经司机室前端安全门撤离。北京地铁按全动车设计，两车为一单元，使用时按2、4、6辆编挂组成列车组。我国推荐的轻轨电动车辆有3种型式：4轴动车、6轴单铰接式和8轴双铰接式车。一般城市轨道交通车辆可分为以下7部分：8-2-1车体分有司机室车体和无司机室车体两种。它是容纳乘客和司机驾驶（对于有司机室的车辆）的地方，又是安装与连接其它设备和部件的基础。近代城市轨道车辆车体均采用整体承载的钢结构或轻金属结构，以达到在最轻的自重下满足强度的要求。一般均有底架、端墙、侧墙及车顶等。车底架由地板梁、侧梁、枕梁、横梁和牵引梁组成，5块宽度为520mm、高度为70mm与车体等长的地板梁通过两侧的接口拼焊成车地板，每根地板梁由上下翼板、腹板和6块筋板组成中空截面挤压铝型材，各板厚度仅2．5mm。底架侧梁为宽度200mm、高度324mm与车体等长的薄壁中空截面挤压铝型材，壁厚4mm～6mm。A车底架的前端设有撞击能量耗散区，其上开有三排椭圆孔，当车辆受到意外撞击时，它能产生较大的塑性变形，从而吸收纵向冲击能量，起到保护乘客和车辆的作用。底架的两端还设有牵引梁和横向承梁，用来安装车钩牵引缓冲装置和传递车辆间的牵引力和冲击力。 车体的侧墙，由于左右各有5扇车门和4个车窗，侧墙被分割成6块带窗框、窗下间壁及左右窗间壁或门间壁的分部件，全车共12块，在组装时分别各自与底架、车顶拼接，各块分部件亦为整体的挤压铝型材。车顶两侧小圆弧部分采用形状复杂的中空截面挤压铝型材，中部大圆弧部分为带有纵向加强杆件的挤压成型的车顶板，其长度与车顶等长，车顶组装时仅留下几条与车顶等长的纵向长焊缝。2、走行部分8-2-2走行部分（动力转向架和非动力转向架）它装置于车体与轨道之间，用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶和承受与传递来自车体及线路的各种载荷并缓和其动力作用，它是保证车辆运行品质的关键部件。转向架一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置和制动装置等组成。对于动力转向架还装设有牵引电机及传动装置。车体和转向架之间的连接部位在心盘，车体心盘和转向架心盘之间可以相互有一定的转动。8-2-3牵引缓冲连接装置车辆编组成列运行必须借助于连接装置，即所谓车钩。为了改善列车纵向平稳性，一般在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车冲动。另外还必须连接车辆之间的电气和空气的管路,图8-7密接式车钩缓冲装置是上海地铁M1线地铁车辆的牵引缓冲装置。8-2-4制动装置它是保证列车安全运行所必不可少的装置。不仅在动车上设制动装置，而且在拖车上也要设制动装置，这样才能使运行中的车辆按需要减速或在规定的距离内停车。城市轨道车辆制动装置除常规的空气制动装置外，还有再生制动、电阻制动和磁轨制动等。8-2-5受流装置从接触导线（接触网）或导电轨（第3轨）将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器。受流装置按其受流方式可分为以下5种形式：a)杆形受流器：外形为两根平行杆，上部有两个受电轨（导线），广泛用于城市无轨电车。b）弓形受流器：形状如，属上部受流，弓可升可降，其接触有一根导线，下面有导轨构成电路，用于城市有轨电车。c）侧面受流器：在车顶的侧面受流，又称为“旁弓”，多用于矿山装货物的电力机车上。d）轨道式受流器：从底部导电轨受流，又称第3轨受流，空间可得到充分利用，多用于速度较高的隧道列车运行。北京地铁及目前欧美大部分城市地铁均采用这种受流方式。e）受电弓受流器：属上部受流，形状如弓可升可降，适用于列车速度较高的干线电力机车上。上海地铁亦采用这种方式。在受电制式上，目前世界上地铁发展较早的城市大都采用直流750V，个别有采用600V的。北京地铁为直流750V。上海地铁采用直流1500V，它与直流750V比较有以下优点：可提高牵引电网供电质量，降低迷流数值，增加牵引供电距离，从而可减少牵引变电所数量；便于地铁线路实现地下、地面和高架的联动，图8-8是4种受电弓的结构。8-2-5车辆内部设备车辆内部设备包括服务于乘客的车体内的固定附属装置和服务于车辆运行的设备装置。属于前者的有：车电、通风、取暖、空调、坐椅、拉手等。服务于车辆运行的设备装置大多吊挂于车底架，如蓄电池箱，继电器箱，主控制箱，电动空气压缩机组，总风缸，电源变压器，各种电气开关和接触器箱等。8-2-5车辆电气系统车辆电气包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统3个部分。8-3-2车辆的主要尺寸车辆的主要尺寸除车辆全长、车辆定距及转向架固定轴距外尚有以下几项：车辆最大宽度、最大高度：车辆最大宽度指车体最宽部分的尺寸；车辆最大高度指车辆顶部最高点离钢轨水平面之间的距离。这两个尺寸均需符合车辆限界的要求。车体长、宽、高：又有车体外部与内部之别，但车体内部的长、宽、高必须满足货物装载或旅客乘坐等要求。车钩中心线距轨面高度：简称车钩高。它是指车钩钩舌外侧面的中心线至轨面的高度。列车中机车与各车辆的车钩高基本一致，是保证正常传递牵引力及列车运行时不会发生脱钩事故所必需的。我国铁路规定新造或修竣后的空车标准车钩高为880mm；其它国家由各自的历史条件决定了其使用的车钩高，如原苏联及欧洲各国的车钩高（或盘形缓冲器的中心线高）定为1060mm。城市轨道车辆的车钩高无统一的标准，上海地铁车辆定为720mm，北京地铁车辆为670mm。 地板面高度：地板面距轨面的高度与车钩高一样，均指新造或修竣后空车的数值。它将受到两方面的制约，一是车辆本身某些结构高度的限制，如车钩高及转向架下心盘面的高度；另一方面又与站台高度的标准有关，例如上海地铁车辆地板面高为1.13m，北京地铁车辆为1.053m。车辆定距：车辆两相邻转向架中心之间距离。图8-9我国自行研制的北京地铁DKS型地下铁道客车转向架l一轮对轴箱弹簧装置；2一构架；3一摇枕弹簧装置；4一纵向拉杆；5一基础制动装置。8-4走行部分（动力转向架与非动力转向架）转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。为了便于通过曲线，在车体和转向架之间设有心盘或回转轴，转向架可以绕一中心轴相对车体转动。为了改善车辆的运行品质和满足运行要求，在转向架上设有弹簧减振装置和制动装置。对于动车，转向架上还装有牵引电机和减速机构，以驱动车辆运行，这种转向架称为动力转向架。转向架是车辆最重要的组成部件之一，它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。8-4-1转向架的作用与组成铁路运输发展的初期，世界各国大多采用将轮对直接安装于车体下面的二轴车结构。由于要通过小半径曲线，二轴车的轴距不能太大，另外，车辆载重、长度和容积均受到限制。如果把二个或多个轮对用专门的构架（或侧架）连接，组成一个小车，称为转向架，车体座落在两转向架上。由于这种带转向架结构的许多明显的优点，现代大多数轨道车辆的走行装置都采用转向架的结构形式。转向架的作用及要求：采用转向架可增加车辆的载重、长度和容积。转向架相对车体可自由回转，使较长的车辆能自由通过小半径曲线，减少运行阻力与噪声，提高运行速度。便于安装弹簧减振装置，保证车辆具有良好的动力性能和运行品质。另外，有转向架车辆在通过两轨头高低不平处时，车体支承点的垂直移动量仅为二轴车轮对支点的一半，从而提高了运行的平稳性。支承车体，承受并传递从车体至轮轨的各种载荷及作用力，使各轴重均匀分配。便于安装制动装置，传递制动力，满足运行要求。便于在转向架上安装牵引电机及减速装置，驱动轮对（或车轮）使车辆沿着轨道运行。转向架为车辆的一个独立部件，便于转向架的互换、制造和维修。它们的基本组成部分和主要功能是相同的，一般转向架可以分为以下几个部分：8-4-2轮对轮对是由一根车轴和两个相同的车轮采用过盈配合使之牢固地结合在一起，是组成转向架的重要部件之一。如图8—10所示。轮对承担车辆全部载荷，引导车辆沿着钢轨高速运行，同时还承受着从车体、钢轨传来的各种力的作用。因此，轮对应具有足够的强度，以保证在允许的最高速度和最大载荷下安全运行。应在强度足够和保证一定使用寿命前提下，使其重量最小，并具一定的弹性，以减少轮轨之间的作用力和磨耗。轮对在正常状态线路上运行时，轮缘的内侧距是影响运行安全的重要因素。轮缘内侧距有严格的规定：一般铁路标准轮对，内侧距为1353±3mm；我国地铁车辆轮对，内侧距为1353±2mm。轮缘内侧距应保证在任何线路上运行时轮缘与钢轨之间有一定的游间，以减少轮缘与钢轨的磨耗；应保证在最不利情况下，轮对踏面在钢轨上仍有足够的安全搭接量，不致造成脱轨；应保证安全通过道岔。上海地铁车辆的轮对由整体辗钢轮和车轴压装而成。车轮轮径为840mm，采用磨耗形踏面，允许车轮磨耗最小直径为770mm。图8-13弹簧悬挂装置（a）一系弹簧悬挂；（b）两系弹簧悬挂。8-4-3轮对轴箱装置 图8-14钢一系弹簧轴箱装置的作用是，将轮对和构架（或侧架）联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动，并把车辆的重量以及各种载荷传递给轮对，保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力，防止燃轴。轴箱装置接轴承工作特性分为滚动轴承轴箱和滑动轴承轴箱装置。我国轨道交通已基本实现滚动轴承化，这是实现轨道交通车辆技术装备现代化的重要标志。采用滚动轴承后，显著地降低了车辆的起动阻力和运行阻力，改善了车辆走行部分的工作条件，减少了燃轴的惯性事故，减轻了维护和检修工作，降低了运营成本。由于轨道交通车辆的允许轴重比较大（一般10t～25t），在运用中承受着变化的静、动载荷的作用。因此，要求轴承的承载能力大、强度高、耐振、耐冲击、寿命长等。一般轨道交通车辆用滚动轴承均设计成非标准系列，按滚动体形状可分为：圆柱滚动轴承；圆锥滚动轴承；球面滚动轴承。例如我国北京地铁（DK3）和铁路客车均采用圆柱滚动轴承上海地铁车辆采用SKF双排单列圆柱滚柱轴承。轴箱为铝制品，其作用为连接轮对与转向架构架，传递和承受车体和钢轨传来的垂直和侧向载荷。在轴箱盖上还有速度传感器和接地装置,如图8-12所示。8-4-4弹性悬挂装置为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响，转向架在轮对与构架或构架与车体（摇枕）之间，设有弹性悬挂装置。前者称为轴箱悬挂装置，后者称摇枕（或中央）悬挂装置，也可称一系悬挂装置和二系悬挂装置。弹性悬挂装置包括弹簧、减振、定位装置。1．一系弹簧悬挂在车体与轮对之间，只设有一系弹簧减振装置，如图8–13（a）所示。它可以设在车体与构架之间，也可以设在构架与轮对之间。2．两系弹簧悬挂在车体与轮对之间设有两系弹簧减振装置，即在车体与构架间设摇枕弹簧装置，在构架与轮对间设轴箱弹簧减振装置，两者相互串联，使车体的振动经历两次弹簧减振的衰减,如图8-13（b）所示。一系弹簧的实例见图8-14。上海地铁车辆的弹簧减振装置包括一系悬挂—一人字形多层橡胶弹簧（图8-15）、二系悬挂—一空气弹簧、垂向液压减振器、横向液压减振器、抗侧滚扭杆和横向橡胶缓冲挡。人字形多层橡胶弹簧装设在构架与轮对轴箱之间，它是由多层的橡胶片和钢板经硫化而制成的弹性元件。根据人字形的倾角和橡胶片的层数，可达到所要求的轴箱弹簧的静挠度，并且能做到保证构架和轴箱之间在纵向和横向不同定位刚度的要求。在车体和构架之间装设有空气弹簧和层叠式橡胶弹簧组合而成的弹性元件，它起着传递载荷、减振和消音的作用。当空气弹簧失效时，层叠式橡胶弹簧还起着应急维持最低限度运行的要求。在车体和构架之间还装有垂向液压减振器，用来衰减垂向的振动。8-4-5构架图8-16上海地铁车辆转向架构架构架是转向架的基础，它把转向架的各个零、部件组成一个整体。故它不仅承受、传递各种载荷及作用力，而且它的结构、形状和尺寸都应满足各零、部件组装的要求。上海地铁车辆的构架由钢板压制成型，经焊接而成H型，其侧梁和横梁为全封闭箱形结构。构架的2根侧梁的两端设有轴箱导框（件4），用来安装人字形橡胶弹簧，侧梁的中部设有空气弹簧安装座（件8），构架的2根横梁（件3）的中部设有中心座安装座和牵引电机安装座（件9）。在横梁的下部设有牵引拉杆安装座（件12）。在构架上还设有用来连接抗侧滚扭杆、单元制动机、高度控制阀等部件，如图8-16所示。8-4-6制动装置为使运行中的车辆在规定的距离范围内停车，必须安装制动装置，其作用是传递和放大制动缸的制动力，使闸瓦与轮对之间的转向架内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力（即制动力），产生制动效果。8-4-7牵引电机与齿轮变速传动装置 使牵引电机的扭矩转化为轮对或车轮上的转矩，利用轮轨之间的粘着作用，驱动车辆沿着钢轨运行。地铁和轻轨的动力转向架，不论是采用直流电机或交流电机，均需通过机械减速装置，将电机的扭矩转化为转向架轮对转矩，利用轮轨的粘着作用，趋使车辆沿着钢轨运行。根据牵引电机在转向架上（或车体上）配置的特征，以及电机转轴与转向架轮对之间传动的特征。8-4-7转向架支承车体装置车体与转向架联结部分的结构应能满足安全可靠地支承车体，并传递各种载荷和作用力，同时车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动，以使车辆顺利通过曲线。一般转向架支承车体的方式有心盘集中承载、非心盘承载（或旁承承载）和心盘部分承载3种，如图8-20所示。心盘集中承载车体上的全部重量通过前后两个上心盘分别传递给前后转向架的两个下心盘;非心盘承载车体上的全部重量通过中央弹簧悬挂直接传递给转向架构架，或者通过中央弹簧悬挂装置与构架之间装设的旁承装置传递，这种转向架虽还设有类似于心盘的回转装置，但它仅作为牵引及转动中心之用。心盘部分承载车体上的重量按一定比例分配，分别传递给心盘和旁承，使之共同承载上海地铁车辆没有采用新盘，中央支承连接装置设于转向架的中部，起着连接车体和转向架作用，在过曲线时彼此可作少许转动，并且通过牵引杆传递牵引力和制动力。其结构如图8-21所示，它由中心销1，中心销导架2，复合弹簧3，中心架4，牵引杆6等组成。中心销导架通过螺栓固定于车底架上，在中心销与中心架之间设有复合弹簧对对于中心销呈斜对称配置的二个牵引拉杆，其一端与中心架相连，另一端与转向架构架相连，牵引杆的接头设有橡胶弹性缓冲垫。为了限止车体与转向架之间的横向位移，在中心销导架与构架之间装有橡胶横向止挡，每侧自由间隙为10mm。3、制动系统8-5制动系8-5-1制动系统在城市轨道车辆运行中的重要意义人为地使运动物体减速或阻止其加速叫做制动。对于城市轨道车辆来说，为了使运行着的电动车组能迅速地减速或停车，必须对它施行制动；为了防止电动车组在下坡道上运行时由于电动车组的重力作用导致电动车组速度增加，也需要对它施行制动；同时为避免停放的车辆因重力作用或风力吹动而溜走，亦需要对它施行制动（称停放制动）。为了能施行制动，需要在城市轨道车辆上安装由一整套零部件组成的一个完整的制动系统装置。它包括两个部分：制动控制系统和制动执行系统。制动控制系统由制动信号发生与传输装置和制动控制装置组成。制动执行系统通常称为基础制动装置，有闸瓦制动与盘形制动等。为了让电动车组能够以一定的速度运行，必须对其施以牵引。同样为了让运行的电动车组能迅速减速、停车，必须对其施以制动。忽视必要的制动能力，将会发生危险，甚至造成旅客生命财产的损失。因此从这个意义上说，制动是一个与牵引有着同样重要，甚至更为严峻的问题。电动车组的最高运行速度自然与其牵引功率有关，但也受其制动能力的限制。电动车组的制动能力是指制动系统能使其在规定的制动距离内安全停车的能力。按照城市轨道车辆的运行规程，要求电动车组在非常情况下的制动距离（称紧急制动距离）不超过某一规定值。例如地铁规定的紧急制动距离一般为180m。这个距离要比启动加速距离短得多，所以，电动车组的制动功率要比驱动功率大5倍～10倍。从能量的观点看，制动的实质就是将电动车组所具有的动能从它上面转移出去，制动系统转移动能的能力称为制动功率。在一定制动距离条件下，电动车组的制动功率是其速度的三次函数。城市轨道交通的站距较短，因此电动车组的调速及停车都比较频繁。为了提高运行速度（尤其是对高架有轨交通车辆和地铁列车人必须使其启动快，制动距离短。同时城市有轨交通车辆的旅客上下波动较大，对车辆载重有较大的影响。针对这些特点，城市轨道交通车辆的制动系统应具备以下条件：操纵灵活，制动减速快，作用灵敏可靠，车组前后车辆制动、缓解作用一致。具有足够的制动能力，保证车组在规定的制动距离内停车。对新型的城市轨道交通车辆，一般要求具有动力制动能力，并且在正常制动过程中，应尽量充分发挥动力制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。同时应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力。制动系统应保证车组在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减。电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致，制动系统应根据乘客量的变化，而具有空重车调整能力，以减少制动时的纵向冲击。具有紧急制动性能，遇有紧急情况时，能使电动车组在规定距离内安全停车。紧急制动作用除可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急按钮（紧急阀）进行操纵。电动车组在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危急行车安全的事故时，应能自动起紧急制动作用。8-5-1制动方式 要改变运动物体的运动状态，必须对它施加外力。人为地使电动车组减速或阻止其加速的外力称为制动力。制动方式可按制动时电动车组动能转移方式、制动力获取方式或制动源动力的不同进行分类。（一）按电动车组动能转移方式分类电动车组动能的转移方式可以分为两类：一是摩擦制动方式，即动能通过摩擦副的摩擦转变为热能，然后消散于大气；二是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。1．摩擦制动电动车组的动能通过摩擦转变为热能。城市轨道交通车辆常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速列车的制动系统中还有轨道电磁制动等方式。（1）闸瓦制动，又称为踏面制动。它是最常用的一种制动方式，如图8-22。制动时闸瓦压紧车轮，轮、瓦间发生摩擦，电动车组的动能大部分通过轮、瓦间的摩擦变成热能，经车轮与闸瓦最终逸散到大气中去。在闸瓦与车轮这一对摩擦副中，车轮由于主要承担着车辆走行功能，因此其材料不能随意改变。要改善闸瓦制动的性能，只能通过改变闸瓦材料的方法。早期的闸瓦材料主要是铸铁。为了改善摩擦性能和增加耐磨性，目前城市有轨交通车辆中大多采用合成闸瓦。但合成闸瓦的导热性较差，因此目前也有采用导热性能良好，且具有较好的摩擦性能和耐磨性的粉末冶金闸瓦。在闸瓦制动方式中，动能转化为热能的能力大，但热能散于大气的能力相对较小。当要求的制动功率较大时，有可能发生热能来不及散于大气，而在闸瓦与车轮踏面积聚，使它们的温度升高，严重的甚至会导致闸瓦熔化（铸铁闸瓦）或车轮踏面产生裂纹等。因此，在采用闸瓦制动时，对制动功率要有限制。（2）盘形制动。如图8-23所示，有轴盘式和轮盘式之分。一般采用轴盘式盘形制动装置，当轮对中间由于牵引电机等设备使制动盘安装发生困难时，可采用轮盘式盘形制动装置。制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片散于大气。盘形制动能双向选择摩擦副，可以得到比闸瓦制动大得多的制动功率。（3）轨道电磁制动，也叫磁轨制动，如图8-24所示。在转向架构架侧梁4下通过升降风缸2安装有电磁铁1，电磁铁下设有磨耗板5。制动时将电磁铁放下，使磨耗极与钢轨3吸住，电动车组的动能通过磨耗极与钢轨的摩擦转化为热能，然后经钢轨和磨耗板最终散于大气。轨道电磁制动能得到较大的制动力，因此常被高速列车用作紧急制动时的一种补充制动手段。2.动力制动动力制动在制动时，将牵引电机变为发电机，使列车动能转化为电能，对这些电能的不同处理方式形成了不同方式的动力制动。城市轨道交通车辆上采用的动力制动形式主要有电阻制动和再生制动。（1）电阻制动。将发电机发出的电能加于电阻器中，使电阻器发热，即电能转变为热能。电阻器上的热能靠风扇强迫通风而散于大气中。电阻制动一般能提供较稳定的制动力，但车辆底架下需要安装体积较大的电阻箱。（2）再生制动。在以上的各种制动方式中，电动车组具有的动能最终都转化为热能而消散于大气中。再生制动是把电动车组的动能通过电机转化为电能后，再使电能反馈回电网提供给别的列车使用。显然这种方式既能节约能源，又减少制动时对环境的污染，并且基本上无磨耗。因此这是一种较为理想的制动方式。城市轨道交通车辆电力牵引系统的作用是将来自接触网的电能转变为驱动列车所需的机械能，并且在必要时使车辆实施制动。城市轨道交通车辆的电气部分主要是按功能和系统以屏、柜及箱体的形式安装在车厢内及悬挂固定在车体底部车架上。为了使车厢用于载客部分的空间尽量多，所以电气箱柜绝大部分安装在车体底下的空间。电力牵引系统主要包括牵引电动机、牵引电器、电气传动控制装置、辅助电机、辅助电源、辅助机械（如电动空压机组、电动通风机组、空调机组）、电气仪表以及由它们组成的主电路、控制电路和辅助电路。城市轨道交通车辆的辅助电机有直流电动机、直流一交流发电机组及交流电动机等。现代城市轨道交通车辆上由于采用容量较大的静止逆变电源，所以辅助电机均采用交流三相异步电动机作为空气压缩机组、通风空调机组及设备冷却风扇的动力。一、名称：电力牵引系统、供电系统教学目标：了解直流牵引、交流传统系统。了解变电站的分类。了解接触网。重点难点：理解变电站的分类及其各自的作用教学内容：1、概述；2、直流牵引、交流传动；3、变电站；4、接触网。 1、概述9-1概述9-1-1电力牵引系统工作原理与优缺点什么是电力牵引?顾名思义，电力牵引是一种以电能为动力的牵引方式。轨道交通电力牵引系统的工作原理就是将电能直接或者经过输送、变换后提供给电动车组的牵引电动机，由牵引电动机将电能转换成机械能，驱动车辆运行。轨道交通电力牵引的电流、电压制与通常的电力牵引电流、电压制相同。电流制有直流、交流两类；电压制从低压到高压，国际电力牵引设备混合委员会建议采用下列数值：直流：600，750，1500，3000V(标称值)；交流：6250，15000，25000V(标称值)。轨道交通车组按能源供给方式可分为自给式(如蓄电池车组)和非自给式(如干线铁路电动车组、城市电车和地铁电动车组等)两类。轨道交通电力牵引系统有运输能力大、牵引性能好、经济效益好、需要司机人数少、司机工作条件好、车辆准备时间少、运用效率高、不污染环境和不受寒冷气候影响等优点。其缺点是：若采用交流供电，则对沿线通信线路有电磁干扰，需采取防干扰措施；若采用直流供电，则由于轨道是电能传输的通道，因而对沿线的地下建筑设施产生电蚀破坏作用。9-1-2电力牵引系统的发展概况由于电力牵引具有突出的优点，自1879年电传动首列样车在柏林展览会上出现后很快受到世界范围的关注。随着工业技术的发展与进步，电力牵引也得到了广泛的发展。特别是工业化后期，由于发达国家城市化进程中汽车拥有量的急剧增长，导致交通阻塞，空气污染，噪声公害成为难以治愈的“城市病”。人们开始逐步认识到解决大城市的交通问题，必须开发容量大、速度快、能耗低、污染少的现代化快速轨道交通系统。电力牵引系统凭借其显而易见的比较优势因而如鱼得水，得到了充分的发展。就我国而言，城市地铁与轻轨建设起步较晚，但随着改革开放与国民经济的发展也日益得到了重视。1969年10月北京第一条地铁线路建成并投入运营，天津地铁也于1984年建成并投入运营。北京与天津地铁均采用第三轨供电，用直流牵引电机作动力的自流传动方式。上海海地铁1号线于1995年5月全线建成开通，采用架空线供电，直流牵引电机作动力的直流传动方式，以及GTO斩波器调速技术。9-1-3轨道交通车辆的结构与特性简介1．有轨电车作为城市公共交通工具之一的有轨电车，其工作原理如图9-1所示。电车由架空线获得电能，经车内调速系统变成可调节的电压，再供给牵引电机，电流经轮对传到钢轨再流回变电所。2．电动车组电动车组专为客运服务，一般车速较高，如法国TGV-PSE电动车组由两节动车和八节拖车组成。这是一种铁路干线上的高速列车，总功率为6300kW，时速可达260km。这种电动车组基本工作原理与有轨电车相同，都是用牵引电动机驱动，但电网电压为25kV，远高于城市轨道交通列车。地铁电动列车也是一种电动车组。地铁电动车组的供电电压与功率都远小于上述铁路干线上的电动车组。3．特种电动车(1)独轨电动车：一般也是和采用第三轨手电的地铁一样，供电电缆置于轨道梁的梁腹部，用电刷八点引入车内。(2)轻轨车：钢轮钢轨轻轨车和地铁车辆牵引、受电方式一样，采用橡胶胎车轮的轻轨车，除了有供电电缆外，在轨道上还敷设有回流电缆。，(3)磁浮列车：基本上采用线性电动机驱动车辆。高速磁浮列车（如上海浦东磁浮线）采用轨道梁上全线敷设长定子绕组，列车上装置作为转子的感应板（无须受电），产生磁浮的电源由车载电磁供电；低速磁浮列车（如广州二号线等）采用车上装置短定子绕组，全线敷设感应板，车辆受电、牵引方式和地铁一样。9-1-4轨道交通车辆电传动方式轨道交通车辆电力传动方式分为：(1)直流传动：若车辆采用直流牵引电机，则其传动方式为直流传动。由直流电源经直流变换器(DC-DC)向直(脉)流牵引电机供电。如图9-2所示。(2)交流传动方式：若车辆采用交流牵引电机，则其传动方式为交流传动。由直流电源经晶闸管或其他新型电力电子器件构成的逆变器将直流电源转换为可调压、变频的三相交流电源，再向交流牵引电机供电。也可由交流一直流一交流方式向三相交流牵引电机供电。如图9-3所示。2、直流牵引、交流传动9-2直流牵引采用直流电机作为牵引电机的牵引系统称为直流牵引系统，构成直流牵引系统的主要部分包括直流电机在内的主电路及控制电路等。 9-2-2牵引系统电路牵引主电路按照牵引电源性质，直流牵引系统可分为直-直流及交-直流两大类。1．直一直流牵引系统直-直流牵引系统是最早应用于电力牵引的一种牵引装置。它使用的是直流电源（直流电网或直流发电机）和直流串励牵引电机。目前在城市轨道交通中较多采用此种系统。(1)早期的直-直流牵引系统主电路采用的是电阻调压。由于电网只供给车辆一个恒定的直流电压，如果我们将静止状态的车辆电机直接与电网相连，将会产生一个相当大的冲击电流，势必将电机甚至将联接电机的电缆烧坏，另外还会对车辆产生强烈的机械冲击，并且也会发生轮子空转等一系列事故，因此必须在电机和电网之间接上几个起动电阻，用于限制电流，减少电机电压，如图9-7所示。图中R1、R2、R3、…、Rn为起动电阻，1、2、3、…、n为起动开关，即接触器，用来逐个短路起动电阻。当车辆静止时，司机发出牵引指令，此时所有接触器断开，起动电阻全部串入回路，此时起动电阻上的压降最大，随着车辆的加速，电机反电势增加，电机电流将会减少，为了保持恒流，接触器逐个闭合，电阻变小。当电机达到相当高的速度时，全部电阻短接，电机就直接同线路电压相连。由于这些电阻的存在，电阻上的电能转换成了热能，把起动中的能量浪费了。如车辆静止时，起动电阻最大，电机上只有大约5％电压，则效率只有5％。这种调压方式不仅在电阻中消耗了大量的电能(这种电能的损耗，在起动频繁的电动车辆中尤为可观)，同时也难以实现连续、平滑地调节列车速度，早期的北京地铁采用的就是这种方式。(2)随着半导体技术的飞跃发展，电力电子变流技术得到了不断的提高，现在的直流牵引已普遍采用斩波调压方式代替电阻调压，它不仅能取消起动电阻，并能对电动机的端电压进行连续、平滑的调节，实现平稳调速。最简单的直流斩波电路原理如图9-8所示。画在圆圈内的可控硅表示一个斩波器，它代表一个理想开关，如果斩波器有规则地导通和关断，每次导通的时间为ton，关断的时间为toff，则T=ton+toff,T称为斩波周期，而α=ton/T,其中α称为导通比。目前在电力牵引领域中，已广泛采用GTO元件，即可关断晶闸管。与传统的晶闸管相比，GTO的工作频率较高且具有自关断能力，省去了强迫换流电路，所以整机体积减小，重量减轻，效率提高，可靠性增加。但价格较贵，对使用技术要求也高。随着半导体技术的发展，目前又推出一种新型的元件IGBT，即绝缘门极晶体管。它是一个场控管MOSFET与晶体管GTR的复合管，是新一代的场控型电力电子器件，在城市轨道交通领域它将代替GTO元件。毫无疑问，斩波元件的发展推动斩波器向电路简洁、控制简单、轻型化等方向发展。交-直流牵引系统这种牵引系统使用的是交流电源(交流电网)，牵引电机仍采用直流电机。此牵引系统的关键部位是将交流变成可控直流的整流调压装置。如图9-9所示。运行时改变整流器的控制角，就可调节输出直流电压，使电动机调速。这种系统的交流电网电压很高，适用于大功率、长距离牵引。目前，大功率的干线电力机车已普遍采用交-直流牵引系统。9-2-2牵引控制方式牵引方式由直流牵引电动机的转速特性可以看出，调节电动机转速的方法有两种：改变牵引电动机的端电压；改变牵引电动机的主极磁通。在牵引控制中，通常是以上两种方式的混合使用，以达到所要求的牵引特性。制动方式 利用直流电机的可逆原理，可以在制动工况时把牵引电动机变为发电机，通过轮对将列车动能变为电能。这时牵引电动机轴上的反转矩作用在机车动轮上形成电制动力，称为电气制动。采用这种制动可以提高列车运行速度，降低机车车辆轮箍闸瓦的磨损。电气制动可以分为电阻制动和再生制动。列车配备两套制动系统提高了运行的安全性。使用再生制动还可以节约电能和减少供电装置的投资。电阻制动时，又有两种方法可实现制动。一种是在串励电动机具有一定的转速时，把电枢从电源断开，接到制动电阻上，励磁绕组再用单独的低压电源供电，构成他励磁电阻制动，这种方法在大功率机车上用得很普遍。另一种方法是把电机电枢和反接后的励磁绕组一起接到制动电组上，构成自励磁电路，由于这种电路结构简单，不需要他励磁电源，多用于容量相对较小的城市电动车。当处于发电状态的电动机将电能向电网反馈时，则称为再生制动。控制电路根据牵引要求，控制应使列车尽可能平稳，即尽可能恒加速与减速，故斩波器控制应采取恒流牵引与恒流制动方式。随着半导体微处理器技术的发展，现在微型计算机控制已广泛用于控制电路，代替了传统使用的模拟电路。如上海地铁采用SIBAS-16牵引控制单元，这是德国西门子公司推出的以16位微处理器为中心的通用车辆控制系统。它可根据司机的指令和牵引回路的状态及相应信号调节斩波器，对各接触器、继电器、电磁阀、发光二极管等发出信号，达到所要求的恒流牵引、电阻制动及再生制动。控制单元同时还能完成多种监测功能，包括自动检测。当牵引电路在运行中发生故障时，系统将根据故障的严重程度做出相应的处理，并自动记录故障。其硬件与软件均采用模块化结构，可根据用户的要求增加所需要的功能。9-3交流传动系统9-3-1交流传动发展概况20世纪70年代后期以来，随着晶闸管变流技术的发展，电动列车电传动系统已发展到一个崭新的阶段，即采用无整流子交流牵引电机的交流传动方式。从电力牵引的角度考虑，传统的直流牵引电机其自然特性有良好的牵引性能，但其防空转性能较差；况且由于直流牵引电机固有的换向器与电刷，因而带来了较大的体积与重量，以及由换向问题而引出的繁杂的维护问题。而交流牵引电机由于没有换向器与电刷，所以其体积与重量有较大的下降，通常，它与直流牵引电机单位功率重量比为l:1.25左右。此外，由于交流牵引电机结构简单，其转子无需绝缘，也没有引线，所以制造技术比直流牵引电机要求低，容易制造，成本也低；同时交流牵引电机耐潮湿，防尘和抗机械冲击及电气冲击性能好，正作可靠，寿命长；交流牵引电机没有直流牵引电机那种令人讨厌的环火故障，维修、运行费用低。交流牵引电机具有很硬的机械特性，当转速升高2％~4％时，其转矩就卜降为零，因此它比串励直流牵引电机具有更好的反空转性能，比他励直流牵引电机具有充分利用粘着重量，满足重载起动的卓越牵引性能，交流牵引电机的能耗也比直流牵引电机小。采用交流牵引电机后，车辆的调速需用逆变器即变频器来完成，即将直流电由逆变器变为可调节电压与频率的交流电来控制交流牵引电机的转速。用了逆变器供电，就不需要笨重的有触点的反向开关与制动转换开关，因而可大大简化车辆主电路，使主电路设备与连线大大减少。同时，由于交流牵引电机没有换向器而不存在换向问题，所以能发挥较高的输出功率；在高速运行时，电机效率也较高，且在再生制动时也能输出较大的电功率。综上所述，由于交流传动具有如此多的直流牵引无法比拟的优点，因而采用交流牵引电机的交流牵引系统已被世界各国公认为近代最优越的牵引调速系统，所以可以这么说，交流牵引也是今后世界各国(包括中国)轨道交通发展的总趋势。上海地铁2号线都采用交流传动，受流方式为架空线，供电电压为DC1500V，用GTO逆变器调速，牵引电机功率为190kW。任何事物都是一分为二的，虽然交流牵引比直流牵引更具发展前景，但就控制系统制造技术而言，交流调速系统较斩波调速系统复杂，整个控制系统重量和体积较大，对运行维修人员的技术素质要求较高，控制装置成本也较高。9-6-2交流传动基本形式轨道交通车辆采用的交流电机从普通的三相鼠笼式或绕线式异步电动机发展而来，改变磁极对数如从三相变为四相、六相，转速会减小，但这是有级调速；改变转差率如定子调压调速、电磁调速等都是耗能型调速方法，只有变频调速是最为理想的调速方法。变频调速是把交、直流电变换为可调电压、可调频率的交流电，向交流电动机供电。按供电电源不同交流传动又可分为直交传动、交交传动和交直交传动。直流可以被认为是频率为零的交流电，由直流电变为定频定压或调频调压交流电的变频器称为逆变器。城市轨道交通中使用的交流传动形式多为直交传动，交直交传动一般使用在干线铁路中。3、接触网电能是城市轨道车辆电力牵引系统必需的能源，电动车辆以及为轨道交通运营服务的机电设备，包括通风、空调、照明、通信、信号、给排水、防灾报警、电梯、电动扶梯等也都依赖并消耗电能。在城市轨道交通运营中，若供电一旦中断，不仅会造成城市轨道交通运营瘫痪，而且还有可能危及旅客生命安全，造成财产损失。因此高度安全、可靠而又经济合理的供给电力是城市轨道交通正常运营的重要条件和保证。城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电压等级一定的电流形式（直流或交流电）供给用电设备。 城市电网一次电力系统由国家电力部门建造与管理，它包括发电厂、传输线、区域变电站。发电厂是发出电能的中心，一般可分为火力发电厂、水力发电站和原子能核电站等。发电厂的发电机发出的电能，要先经过升压变压器升高电压，然后以110kV或220kV的高压，通过三相传输线输送到区域变电站。在区域变电站中，电能先经过降压变压器把110kV或220kV的高压降低电压等级(如10kv或35kV)，再经过三相输电线输送给本区域内的牵引变电站和降压变电站，并再降为轨道交通所需的电压等级(如1500V、380V等)。图10-1为城市电网一次电力系统和地铁供电系统图。图中虚线上部为城市电网一次电力系统，虚线下部为地铁供电系统。城市轨道交通系统是一个重要用电部门，它不同于一般工业和民用的用电，为一级负荷。一级负荷规定由两路独立的电源供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。牵引变电站的电源进线应来自两个区域变电站或区域变电站的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源自动投入，牵引变电站能从区域变电站不间断地获得三相交流电。在城市轨道交通供电系统中，根据用电性质的不同可分为两部分，即由牵引变电站为主的牵引供电系统和降压(动力)变电站为主的动力供电系统。以地铁为例，地铁牵引供电系统示意图如图10-2所示，其各部分的名称及功能简述如下：牵引变电站：供给地铁一定区段内牵引电能的变电站。接触网(架空线或接触轨)：经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网。(北京、天津地铁采用接触轨；上海地铁采用架空接触网。)回流线：用以供牵引电流返回牵引变电站的导线。馈电线：从牵引变电站向接触网输送牵引电能的导线。电分段：为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段称为电分段。轨道电路：利用走行轨作为牵引电流回流的电路。一般将接触网、馈电线、轨道、回流线总称为牵引网。牵引供电系统由牵引变电站和牵引网所组成，其中牵引变电站和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。地铁动力照明供电系统示意图如图10-3所示。各部分功能简述如下：降压变电站：将三相电源进线电压降压变为三相380V交流电，降压变电站的主要用电设备是风机、水泵、照明、通信、信号、防火报警设备等。配电所(室)：配电所(室)仅起到电能分配作用。降压变电站通过配电所(室)将三相380V和单相220V交流电分别供给动力、照明设备，各配电所(室)对本车站及其两侧区间动力和照明等设备配电。配电线路：配电所(室)与用电设备之间的导线。在动力供电系统中，降压变电站一般每个车站设置一个，有时也可几个车站合设一个；也可将降压(动力)变压器附设在某个牵引变电站之中，构成牵引与动力混合变电站。地铁车站及区间照明电源采用380／220V系统配电。正常时，工作照明、事故照明均由交流供电，当交流电源失去时，事故照明自动切换为蓄电池供电，确保事故期间必要的紧急照明。在地铁供电系统中，根据实际需要，也可以专设高压主变电站。发电厂或区域变电站对地铁主变电站供电，经主变电站降压后，分别以不同的电压等级对牵引变电站和降压变电站供电。牵引变电站的设置和容量应按运行的列车编组及行车密度进行牵引供电计算后确定，降压变电站的设置和容量可根据动力用电量确定，若有主变电站，其容量应由全部牵引和动力用电量来确定。10-5接触网10-5-1接触网应满足的基本要求 接触网是牵引供电系统的重要组成部分，一旦损坏将中断牵引供电。为此，接触网应满足以下基本要求：由于接触网在工作中无备用网，因而要求接触网强度高、且安全可靠；要求在各种气候条件下均能受流良好；因接触网部件更换困难，因此要求接触网性能好、运行寿命长；因其维修是利用行车中的间隔时间进行的，故要求结构轻巧，零部件互换性强，便于施工、维护和抢修；因接触网无法避开腐蚀强、污秽严重等异常环境，故应采取耐腐蚀和防污秽技术措施；因采用与受电器摩擦接触的受流方式，因此要求接触网有较均匀的弹性，接触线等部位要有良好的耐磨性。接触网按其结构型式可分为接触轨式（第三轨见图10-6）和架空式（见图10-7）两大类型。10-5-2接触轨式接触网接触轨是沿着走行轨道一侧平行铺设的附加第三轨，故又称第三轨。轨道交通电动列车（车辆）侧面或底部伸出的受电器与第三轨接触取得电能，该种受电器称为受电靴（接触靴），接触轨可分为上磨式和下磨式两种，具体结构见图10-8。上磨式接触轨安装在专用绝缘子上，工字型轨底朝下，接触靴自上与之接触受电；下磨式接触轨底朝上，由绝缘体紧固在弓形肩架上，肩架固定装在轨枕一侧。上磨式的优点是固定方便，缺点是接触靴在其上面滑行，无法加防护罩。下磨式的优点是可以加防护罩，对工作人员较为安全。地铁直流制750V系统一般可采用第三轨。我国北京、天津地铁和前苏联地铁采用第三轨，其优点是隧道净空高度低，结构简单，造价低；其缺点是人身和防火方面安全性差，难以与采用架空式接触网的地面或高架铁道衔接。10-5-3架空式接触网架空式接触网是架设在走行轨道上部的接触网。由电动列车顶部伸出的受电弓与之接触取得电能。它又可分为地面架空式和隧道架空式两种。(1)地面架空式地面架空式接触网如图10-9所示，它由以下几个部分组成。①接触悬挂：包括承力索、吊弦、接触线。接触悬挂方式很多，图10-9为弹性链形悬挂。②支持装置：其作用是用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其他建筑物的结构，包括腕臂、拉杆和绝缘子。③定位装置：其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，包括定位器与定位管。④支柱与基础：其作用是用以支承接触悬挂和支持装置，并将接触悬挂固定在规定高度。(2)隧道架空式因为隧道内空间狭窄，所以隧道架空式接触网必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离等因素的限制。此外隧道架空式接触网的支持装置可直接设置在洞顶或洞壁，而不需要专门立支柱。只有合理地选择和确定悬挂方式，才能充分地利用有效的净空高度，改善接触网的工作性能。图10-10是地铁隧道的一种架空式悬挂方式。如图10-10 所示，安装在绝缘子上的馈电线通过联接线与接触线联接，使接触线受电。接触线由调节臂固定，调节臂带棒式绝缘子，一端固定安装在隧道洞顶一侧的弹性支架上。调节臂可用来调整接触线与轨面之间的高度，弹性支架通过调节臂使接触线与受电弓之间保持足够的弹性，以保证它们之间的良好接触受流。地面与隧道架空式悬挂均属柔性接触悬挂，还有一种悬挂方式为刚性架空式接触悬挂，可适用于低净空隧道，在日本的东京、大阪等地的地铁中已有应用，但在弹性方面不如柔性接触悬挂。10-6地下迷流及其防护10-6-1地下迷流在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电站，而是有一部分由钢轨杂散流人大地，再由大地流回钢轨并回到牵引变电站。走行钢轨中的牵引电流越大或钢轨对地面绝缘程度越差，地下杂散电流也就相应增大，这种地下杂散电流又称为地下迷流。走行钢轨铺设在轨枕、道碴和大地上，由于轨枕等的绝缘不良和大地的导电性能，地下杂散电流杂散流人大地，并在某些地方重新流回钢轨和牵引变电站，在走行钢轨附近埋有地下金属管道、电缆和任何其他金属结构件时，一部分地下杂散电流就由导电的金属件上流过。在电动列车附近的杂散电流从钢轨流向金属体，使金属体对地电位形成阴极区。在变电站附近，杂散电流从金属体流回钢轨和变电站，金属体对地电位形成阳极区。在阳极区，杂散电流从金属体流出的地方将出现电解现象，这种电解现象使金属物体温度升高，加速了金属物体的腐蚀。在长期的电腐蚀作用下，地下金属物体(如管道、电缆等)将受到严重地损坏。若地下杂散电流流人电气接地装置，又将引起过高的接地电位，导致某些设备无法正常工作。同时杂散电流过大时将产生对地电压，严重时可危及人身安全。从上面分析可知，地下迷流及其影响是直流牵引供电系统中必须高度重视的大问题。一、名称：行车组织与管理二、教学目标：了解运营管理的基本概念，运行调度指挥，理解客流特征和客流调查，了解简单的行车计划，了解轨道交通安全和防灾对策。重点难点：理解运行图教学内容：1、调度指挥；2、客流调查；3、行车计划；4、客运管理；5、安全与防灾。1、调度指挥城市轨道交通的行车组织工作是指在运输生产的过程中，为完成运送乘客的任务所进行的一系列与运输有关的工作。城市轨道交通系统耗资巨大，修建费时费力，系统能否实现预期目标，完成预期任务，关键就要看行车组织工作的好坏，行车组织工作是整个轨道交通运输生产的核心内容。与干线铁路不同，城市轨道交通在整个运输生产过程中，调车作业甚少，行车组织基本上只从事列车运行组织和接发列车工作，由调度所（或中央控制室）和车站（段）两级完成。列车运行组织要首先确定好列车运行的最小行车间隔时间。停站时间、折返方式与折返时间、列车运行速度等，在此基础上制定列车编组、车辆配备计划和列车运行图，由调度所（控制室）代表公司执行日常的行车调度指挥工作。实行集中统一指挥，要求各环节紧密配合，协同动作，从而保证安全、均衡、有节奏地完成旅客运输任务。接发列车的组织工作是在严格遵守地铁或轻轨技术管理规程和行车组织规则、车站行车组织细则等有关规定的情况下，按一定程序进行的一系列接发列车作业，由车站值班员统一指挥。11-1基本概念11-1-1最小行车间隔时间缩短行车间隔时间可以减少旅客在站候车时间，有利于提高服务质量，增大对乘客的吸引力，也有利于减少列车编组辆数，节省工程投资。但是，缩小行车间隔时间受到多种因素的制约。一般说来，行车间隔时间的极小值取决于信号系统、车辆性能、折返能力、停站时间等诸多因素，在有先进技术设备和足够工程投资作保证的前提下，停站时间往往成为最重要的制约因素，因为在高峰小时内，线路上个别车站的乘客集散量可能特别大，导致列车在该站的上、下车时间较长。一般来说，在最长停站时间控制在30s左右时，该线最小行车间隔时间可定为2min。按此可计算线路最大运输能力和编制列车运行时刻表，当然在列车运行秩序稍有紊乱时，信号系统和列车折返系统应有能力进一步缩短行车间隔时间，使列车运行秩序尽快恢复正常。11-1-2停站时间列车停站时间长短服从于旅客乘降的需要，因而主要取决于车站的乘客集散量、车辆的车门数和座位布置以及车站的疏导与管理措施等。由于乘客发生量在时间上的不均衡性，以及乘客在列车各节车厢内分布的不均衡性，列车停站时间除了考虑旅客上、下车时间（据实测资料表明，每名乘客上、下车约需0.6s）和开关车门反应时间以及动作时间（约需6S）外，还应有一定的富余量。这往往使得列车停站时间成为列车最小行车间隔时间的制约因素，而且停站时间过长会降低列车旅行速度。因此，车站应采取积极的疏导和管理措施，包括列车上的报站广播等设施，让上、下车旅客提前作好准备，以免延误乘降。一般来讲，列车停站时间应控制在30s以下。有时，为更好地组织列车运行秩序和提高运用效率，列车在沿线不同车站也可考虑不同停站方式。譬如在早、晚高峰小时内，若客流集散地比较集中，就可以突破站站停车的方式，不停车通过某些客流量较小的车站，以加快旅客送达速度和列车的回空。11-1-3折返方式与折返时间 列车的折返首先涉及一个是否所有列车都在线路上全线运行的问题，由于各区间断面客流量一般是不均衡的，个别线路甚至相差较大。如果按照最大断面客流量开行一种列车，将使车辆客位利用率不高，造成一定程度的浪费，所以应视线路的具体情况采用长短交路相结合的组织方法，不仅提高列车和车辆运用效率，降低运营成本，避免了运能虚靡，同时还可给乘客带来极大方便。短交路的起止点车站一般为中间折返站，如果线路一端客流特大时，短交路也可能在终端站折返。中间折返站的设置要考虑车站两端区间断面客流量的差别，同时还要顾及不同种类列车间客位利用率的均衡性。在短交路中，短途乘客会上长交路列车，但长途乘客不会上短交路列车，这种乘客心理会导致长交路列车负荷偏重，短交路的列车又较空闲，或者引起乘客在站台的多余滞留和不必要的换乘。因此，短交路不宜过短，而且同时开行的列车种类不宜超过两种。高峰小时内为保证乘客上下班，不因误乘短交路列车而滞留在中间站台上，应适当减少短交路列车开行数量。列车运行到终端站或对短交路而言列车运行到中间折返站时，要进行列车折返作业，列车折返方式根据折返线的布置可分为站前折返、站后折返以及综合式折返等。不同的折返布置形式，列车折返所需时间是不同的。折返时间受折返线的形式、列车长度、列车制动力、信号设备及驾驶员操作水平等诸多因素的影响。在所要求的列车行车间隔时间小于列车折返所需时间时，必须采取其他措施，如在折返线预置另一列车进行周转或在该站配备调车司机，避免原司机在折返线从车尾步行到车首，延长折返时间。11-1-4列车运送速度城市轨道交通的优越性之一就是列车运送速度快，约为公共汽车和无轨电车的一倍，可以大大节省乘客的旅行时间，同时列车运送速度快，则车辆周转快，有利于减少车辆配备数，节省设备投资。在实际工作中，通常把速度分为3个不同的概念，即运行速度，技术速度和旅行速度。运行速度是在列车运行时间中扣除加减速附加时间和在站停车时间后计算所得；技术速度则是在列车运行时间中扣除在站停车时间后计算所得；旅行速度即指列车运送速度，它是列车在区段或线路内运行的平均速度。列车技术速度与车辆性能，信号设备和线路条件等因素有关，但在技术速度既定的条件下，列车运送速度还与线路平均站间距密切相关，站间距短，则列车运送速度较低。其原因是站间距短，不仅列车运行速度受到限制，而且会增加总的停站时间和加减速附加时间。虽然站间距短可能减少乘客步行入站候车时间，但会延长乘客在列车上的旅行时间，并会大大增加投资和运营费用。国外，特别是欧洲早期修建的地铁，站间距一般偏短，最短的只有400m左右，但近年来新建的地铁及轻轨线路站间距有变长的趋势，其范围大致是800～2400m，平均为1600m。结合中国的国情，地铁及轻轨线路站间距定为1000m左右较为合适，运送速度不宜低于30km/h。11-1-5行车通过能力轨道交通系统的通过能力指每小时通过线路的列车数，是一个综合指标，取决于线路技术条件、信号系统、车辆性能、折返能力、停站时间、乘客素质和管理水平等诸多因素。根据客流量的需要，通过能力一般可按每小时20～30对考虑，即行车间隔时间为2～3min，必要时应预留进一步缩小行车间隔的潜力。11-1-6列车编组与车辆配置根据系统的设计客运量、车辆定员数和通过能力，可计算出车辆运行的编组方式。高峰小时内每班次列车的平均载客量应为系统设计客运量与通过能力之比。由每班次列车的平均载客量除以车辆定员数，便可分别得到列车的编挂车数。至于车辆定员数，目前一些发达国家的轻轨、地铁运营计划按站立4～6人／㎡标准来考虑。结合我国具体国情，人口多，乘车难，舒适度不能要求过高，站立标准可按6人／㎡定员，考虑超员情况，按9人／㎡确定为宜。由线路长度、设计客流量、列车载客量和与之相应的行车间隔及列车在终点站的折返时间，并假定高峰期间列车采取全程运行方式，便可推算出运行列车数。配置车辆总数应按适当比例考虑备用车数和检修车数，以保证客运工作的正常进行。11-1-7列车运行图列车运行图是轨道交通行车组织工作的综合性计划，是地铁及轻轨行车组织工作的基础，由它规定各次列车占用区间的顺序和时间，列车在各个车站的到发及通过时刻，区间运行时分，停站时分，折返站列车折返作业时分，列车出人车辆段时分，设备保养维修时间和司机作息时间等。列车运行图不仅把沿线各车站、线路、供电、车辆、通信信号等技术设备的运用联合成一个统一的整体，而且把所有与行车有关的部门和单位都组织起来，严格地按一定程序有条不紊地进行工作，从而保证列车安全、正点运行。列车运行图是运用坐标原理来表示列车运行的一种图解形式。根据时间划分，可以分为一分格运行图，二分格运行图，十分格运行图和小时格运行图。列车运行图中横坐标表示时间，纵坐标表示距离，水平线代表各车站中心线位置，图上斜线称为列车运行线，其中上斜线代表上行列车，下斜线代表下行列车。列车运行线与水平线的交点，就是列车在每个车站到、发或通过的时刻。为区别不同的列车，如专运列车，客运列车，施工列车等，列车运行线分别采用不同的符号表示，并在每条运行线上标明列车的车次。11-2列车运行的调度指挥 地铁或轻轨在双线行车时，正常情况下是按左侧单方向运行，列车运行以闭塞分区作间隔。有了行车闭塞方法、列车运行图及行车交路等之后，列车运行的问题还没有全部解决。这是因为有关列车运行的条件随时都可能发生变化，譬如客流有增有减，按图运行的列车可能发生晚点，以及运行秩序紊乱等都需要采取相应的运行调整措施；在区间或车站发生事故时，更要及时防止事故扩大并组织救援等，都要求在日常的运输工作中根据情况的变化，采取调整措施，使列车尽可能按图运行。这一任务主要由行车调度员来完成。为统一指挥日常运输生产工作，地铁或轻轨的行车工作必须坚持高度集中、逐级负责的原则。行车调度员统一指挥各调度区间。一个调度区由该区值班行车调度员统一指挥；车站由车站行车值班员统一指挥；车辆段由运转值班员统一指挥；列车由本列车值乘司机负责指挥；列车在车站时，所有乘务人员应按车站行车值班员的指挥进行工作。每一级都应严格执行上一级的调度指挥。为保证行车调度工作的连续性和严肃性，必须遵循一定的基本工作制度，如交接班制度、标准化制度、安全生产制度以及调度工作分析制度等。其中行车调度分析具有特别重要的意义。通过对实绩运行图，包括对列车运用、走行公里、正点率、计划实现率、各类故障及调度调整手段等的综合分析，以及对技术速度、旅行速度、运营里程、空驶里程、行车事故间隔里程、责任事故次数等指标的分析，可以查找导致行车秩序不正常的原因，通过找出规律性的特征以供修改运行图时作参考，并对各方面的工作提出改进意见。11-3接、发列车组织工作接发列车是车站的一项基本任务，也是行车组织的一项主要工作。做好接发列车工作可以保证列车按照运行图安全、正点行车。在采用调度集中以及行车指挥自动化系统后，行车调度员可在调度所的控制台上，监视该区段内列车的运行情况，并可直接操纵区段内各个车站的道岔和信号机，因此这些车站的接发列车工作，可以由行车调度员直接指挥和办理。当调度集中设备发生故障时，也可下放到车站办理。通常，地铁以及轻轨交通的行车量都较大，列车追踪间隔短，沿线各站的运行作业单一，调车量少，而且站间距短，列车基本上是站站停车，因此地铁或轻轨特别适宜采用调度集中以及行车指挥自动化系统。总体来讲，世界各国大城市的轨道交通系统均采用了比较先进的、自动化程度高的调度指挥系统。2、客流调查11-4客流调查轨道交通系统的客流是动态变化着的，但这种动态变化是有规律的，可以在实践中了解它、掌握它，并根据客流的动态变化，及时配备与之相适应的运输能力，给乘客提供良好的公共交通服务。在轨道交通系统的运营过程中，要掌握客流在时间、空间上的动态变化规律，必须经常进行各种形式的客流调查。11-4-1客流调查种类客流调查问题涉及客流调查的内容、调查地点和时间的确定，调查表格和设备的选用，以及调查方式的选择等事项。根据不同的情况和不同的需要，轨道交通系统的客流调查种类主要有全面客流调查、乘客情况抽样调查、断面客流目测调查和节假日客流调查等。(1)全面客流调查。全面客流调查是一种全线客流的综合调查，通常也包含了乘客情况抽样调查。这种类型的客流调查时间长、工作量大、需要较多的调查人员，但在对调查资料进行整理、统计和分析的基础上，能对轨道交通系统的客流现状及客流规律有一个全面清晰的了解。全面客流调查有两种调查方式，即随车调查和站点调查。随车调查是在车门处对全天运营时间内所有运行列车的上下车乘客进行调查，站点调查是在车站检票口对全天运营时间内所有在车站上下车乘客进行调查。轨道交通系统多采用后者。全面客流调查的内容通常包括全线客流调查和乘客抽样调查两部分。全线客流调查一般应连续进行二或三天，在全天运营时间内，调查全线所有车站的所有乘客的下车地点和票种情况，并将调查资料以5min作为间隔分组记录下来。乘客情况抽样调查通过问卷方式进行，内容包括乘客构成情况调查和某类乘客乘车情况调查两项。乘客构成情况调查通常在车站进行，而某类乘客乘车情况调查可在特定的地点进行。(2)乘客情况抽样调查。该项调查通过问卷方式进行，内容包括乘客构成情况调查和乘客乘车情况调查两项。乘客构成情况调查在车站进行，被调查人数取全天在车站乘车人数的一定比例，调查表内容有年龄（老、中、青）,性别（男、女），居住地（本地、外地），出行目的（工作、学习、购物、游览、访友、就医、其它）。调查时间可选择在客流比较正常的运营时间段。某类乘客乘车情况调查可在月票发售点或其它地点进行，常见的有对持月票乘客进行的调查，被调查人数取某类乘客总数的一定比例，调查表内容有年龄，性别，职业，家庭住址，到达车站的方式（步行、骑自行车、乘电、汽车）和时间，上、下车站，下车后到达目的地的方式（步行、骑自行车、乘电、汽车）和时间，乘坐列车比过去乘坐电、汽车节省的时间。（3）断面客流目测调查。这是一种经常性的客流抽样调查，根据需要，可选择一或二个断面进行调查，一般是对最大客流断面进行调查，调查人员用目测估计各车辆内的乘客人数。（4）节假日客流调查。这是一种专题性客流调查，重点对春节、元旦、国庆节、双休假日和若干民间节日期间的客流进行调查。调查的内容包括机关、学校、企业等单位的休假安排，都市旅游业、娱乐业的发展程度，城市居民生活方式的变化等等。该项调查一般是通过问卷方式进行。11-4-2客流调查汇总指标在进行了客流调查后，对花费了许多时间、人力和财力所获得的客流调查资料，应认真整理，或列成表格，或绘成图表，然后采用适当的统计方法来汇总计算各项指标，进行正确的分析。城市轨道交通的客流量的计算。以断面客流量表示时，它是指单位时间内，通过轨道线路某一点的客流量。这儿的单位时间一般指lh或24h。而通过某一点的客流量就是通过该断面所在区间的客流量。 断面客流量又可分为上行和下行断面客流量。在单位时间内，通过各个断面的客流量是不相等的。其中，单向断面客流量大的断面称为最大客流断面，最大客流断面的客流量称为最大断面客流量。上下行的最大客流断面一般不在同一断面上。在以小时为单位计算断面客流量的情况下，分时断面客流量最大的小时称为高峰小时，与高峰小时相对应的是低谷小时。城市轨道交通的高峰小时有早高峰与晚高峰之分。就行车组织的内容而言，高峰小时的最大断面客流量是一项重要的基础资料。在城市轨道交通运输方式中，通常还以车站的乘降或换乘人数衡量或考核客运量的大小，客运量的统计以年、日或小时为单位。11-4-3客流分析城市轨道交通的客流是动态性质的，它因时因地而变化，但这种变化归根结底是有关地区的社会经济活动、生活方式以及轨道交通系统本身特点的反映。在轨道交通系统运营过程中，对客流动态实行经常的监督和系统的分析，掌握客流现状与客流变化规律是轨道交通系统行车组织工作和客运组织工作得以顺利进行的前提。分析轨道交通系统客流的动态性质及和运营组织的关系，客流主要有以下4种变化：(1）小时客流量在一日内的变化小时客流量是用以确定城市轨道交通出入口、通道等设备容量的基础数据，尤其是在计算全日行车计划和车辆配备计划时。小时客流量随城市生活的节奏变化在一日之内呈起伏波状图形，夜间客流量稀少，黎明前后渐增，上班或上学时间达到高峰，以后客流渐减，至下班或放学时间又出现第二个高峰，进入晚间客流又逐渐减少，如此起伏骤增骤减，显示了程度不同的客流规律。全日分时最大断面客流量是确定轨道交通系统全日行车计划和车辆配备计划的基础数据。车站单向高峰小时客流量是确定车站出入口、楼梯、售检票设备数量、计算站台、楼梯、通道宽度和配备车站定员的依据。当车站设备的数量、容量不够时，会给行车秩序、站厅秩序、乘车秩序和乘客的安全带来不利的影响。小时客流量的分析不准，也会给行车、乘降工作带来不利影响。必须指出，在高峰小时内客流分布也是不均衡的，一日内小时客流量的调查资料显示，还存在着一个20min左右的超高峰期，这个因素应加以注意。（2）全日客流量在一周内的变化由于人的活动规律是以周为循环的，星期天（双休日）大多数人休息在家，在以通勤、通学客流为主的轨道交通线路上，客流量首所减少；而在连接商业网点、旅游景点的轨道交通线路上，客流量有所增加。全日客流量在一周之内呈有规律性的变化。从运营经济性考虑，应根据不同的客流量在一周内实行不同的全日行车计划。另外，星期一的早高峰小时和周末（星期六或星期五）的晚高峰小时客流量，均高于一周内的其它相应高峰小时客流量。在节假日的前、后一天也存在类似客流量的增减。为适应这种短期内客流的变化，运营部门要制定相应的措施。11-5客流计划客流计划是对运输计划期间轨道交通线路客流的规划。它是全日行车计划、车辆配备计划和列车交路计划编制的基础。在新线投入运营的情况下，客流计划根据客流预测资料进行编制；在既有运营线路的情况下，客流计划根据客流统计资料和客流调查资料进行编制。客流计划的主要内容包括站间到发客流量，各站方向别上下车人数，全日、高峰小时和低谷小时的断面客流量，全日分时最大断面客流量等。客流计划以站间到发客流量资料作为编制基础，分步计算出各站上下车人数和断面客流量数据。表11-1是一条有8座车站轻轨线路的站间到发客流量斜表，根据站间到发客流量资料可以计算出各站上下车人数，见表3-2。根据各站上下车人数，按公式11-1又可计算出断面客流量数据，见表11-3。根据表11—3资料可绘制断面客流图，见图11-1。在客流计划编制过程中，高峰小时的断面客流量可以通过高峰小时站间到发客流量资料来计算，也可以通过全日站间到发客流量资料来估算。在用全日站间到发客流量资料时，在求出全日断面客流量数据后，高峰小时的断面客流量按占全日断面客流量的一定比例来估算，比例系数的取值可通过客流调查来确定。全日分时最大断面客流量，可在求出高峰小时断面客流量的基础上，根据全日客流分布模拟图来确定。11-5-1全日行车计划全日行车计划是营业时间内各个小时开行的列车对数计划，它规定了轨道交通线路的日常作业任务，是科学地组织运送乘客的办法。它又是编制列车运行图，计算运营工作量和确定车辆配备数的基础资料。全日行车计划是根据营业时间内各个小时的最大断面客流量，列车定员人数和车辆满载率，以及希望达到的服务水平综合考虑编制的。11-5-2车辆配备计划 车辆配备计划是为完成全日行车计划而制定的车辆保有数安排计划。车辆配备计划推算运用车辆数、在修车辆数和备用车辆数，确定在一定类型的设备和行车组织方法条件下，为完成一定的运输任务而必须保有的车辆。(1）运用车辆数运用车辆数是为完成日常运输任务而必须配备的技术状态良好的车辆数，运用车辆的需要量与高峰小时开行的列车对数、列车的旅行速度及在折返站的停留时间各项因素有关，（2）在修车辆数在修车辆是指处于定期检修状态的那部分车辆。车辆的定期检修是一项有计划的预防性维修制度。车辆检修概念包括车辆检修级别和车辆检修周期。车辆的检修级别和周期是根据车辆设计的技术性能、各部件在正常情况下的使用寿命以及车辆运用的环境等因素进行确定的。通过对车辆的不同部件制定不同的技术标准、检修级别和检修周期，到期进行车辆的检修，使车辆在经过定期检修后，能在整个检修周期内保持良好的技术状态。车辆的检修周期是关系在修车辆数计算和配属车辆数计算以及车辆段建设规模和车辆段作业组织的重要技术指标。轨道交通车辆的检修级别通常分为日检、双周检、双月检、定修、架修和大修6种。（3）备用车辆数轨道交通系统为了适应客流变化，确保完成临时紧急的运输任务，以及预防运用车辆发生故障，必须把若干技术状态良好的车辆储备起来，这部分车辆称为备用车辆。备用车辆的数量可控制在运用车辆数的10％左右。3、行车计划11-5-3列车交路计划（1）列车交路计划在轨道交通线路的各个区段客流量不均衡的情况下，采用合理的列车交路安排是运输计划的一个重要组成部分。列车交路计划规定了列车的运行区段、折返车站和按不同列车交路运行的列车对数。合理的列车交路既能提高列车和车辆运用效率，避免运能虚费，降低运营成本；又能给予乘客较大的方便。因此，采用不同列车交路相结合的列车运行方式，能使行车组织做到经济合理。列车交路可分成长交路、短交路和长短交路3种。长交路是指列车在线路上全线运行，短交路是指列车在线路的某一区段内运行，在指定的车站上折返，长短交路是指线路上两种交路并存的列车运行。图3—3是长交路列车运行的图解，从行车组织的角度看，要较短交路列车运行组织简单，对中间站折返设备要求也不高，但在各区段客流量不均衡情况下，会产生部分区段运能的浪费。图3一4是短交路列车运行的图解，将长交路改为短交路，能适应不同客流区段的运输需求，运营也比较经济，但要求中间折返站具有两个方向的折返能力以及具有方便的换乘条件，从乘客的角度看，服务水平有所降低。图3－5是长短交路列车运行的图解，长短交路混跑的组织方案，既能满足运输需求，又能提高运营效益。因此，在线路各区段客流量不均衡情况下，可以采用以大交路为主，小交路为辅的列车交路计划，组织列车在线路上按不同的密度行车。同样，当高峰期间客流在空间分布上比较均匀，而低谷期间客流在空间上分布相差悬殊时，也可以在低谷时间采用长短交路列车运行方案，组织开行部分在中间站折返的短交路列车。（2）列车折返方式列车运行到终点站或在短交路和长短交路情况下运行到中间折返站需要进行折返作业。列车折返方式根据折返线的布置分站前折返和站后折返两种方式。站前折返方式（见图11—6）图11-6站前折返方式时的折返线布置站前折返方式是列车经由站前渡线折返。（a）是列车在终点站经由站前渡线折返，(b）是短交路运行时列车在中间站经由站前渡线折返。在采用站前折返方式时，列车空车走行少，折返时间较短；上下车乘客能同时上下车，可以缩短停站时间；此外，站线和折返线相结合，能节省投资费用。站前折返的缺点是出发列车和到达列车存在着进路交叉，影响行车安全；上下车乘客同时上下车，在客流量大的情况下，站台秩序会受到影响。列车到发作业产生交叉干扰的条件是进路有交叉，并且占用进路的时间相同，两个条件必须同时具备才构成真正的进路交叉。在行车密度很大的情况下，采用站前折返方式，要完全消除到发列车的交叉干扰难度较大。 站后折返（见图11—7）(a）是列车经由站后环形线折返，(b）是列车经由站后尽端折返线折返，(c）是列车经由站后渡线折返，常作为列车在中间站进行中途折返使用。采用站后折返方式能避免采用站前折返时存在的缺点；出发列车与到达列车不存在进路交叉，行车安全；而且列车进出站速度高，有利于提高旅行速度，因此，站后折返方式被广泛采用。站后折返方式的主要缺点是列车折返时间较长。环形线折返设备能保证最大的通过能力，节约设备费用与运营成本。但它也存在一些缺点，如由于列车在小半径曲线上运行造成单侧钢轨磨耗；折返线不能停放检修列车和难以进一步延长；以及若用明挖法施工增大了开挖范围等。所以在线路的终点站常采用尽端线折返设备。采用尽端线折返设备，列车既可以折返，也可以临时停留检修。4、客运管理城市轨道交通系统的客流量随时间段不同具有明显的高峰与低谷特性，且这种不均衡性亦与城市的产业布局、居民出行习惯有关。因此，有计划的客流组织与疏导比较困难，为实行优质高效的客运组织工作必须依靠科学管理。车站客运工作包括旅客的发送作业和到达作业两部分。11-6-1站务管理车站是乘客出人、集散和乘降的场所。车站服务工作的好坏直接影响到乘客的旅行感受。优质、高效、满意的服务可以吸引越来越多的乘客，提高轨道交通方式在市场中的竞争力。站务管理的原则是认真执行行车及客运管理有关规章制度，保证行车和旅客人身安全，协调全线的运输生产。根据生产岗位的需要，车站一般设立下列工作岗位：站长，副站长，监控员，售票员，检票员，站台服务员，安全保卫人员，勤杂人员和机动人员等，各岗位的人员配备数视各车站的规模大小分别确定。为给乘客创造一个舒适、良好的旅行环境，各车站应在进出口、通道、楼梯、站台等处设立固定导向标志或可控表示牌，用文字、图形或符号等标明站台、出人口、售票口、检票处，电梯（楼梯）上下处以及列车的类别、去向等。各车站还应有附近地区道路和公交换乘示意图。车站客运工作人员必须使客运设备保持良好状态，防止损坏，并做好对旅客的宣传、服务工作，引导旅客及时集疏和换乘，避免旅客在车站滞留，造成车站堵塞。11-6-2票务管理1．票制票制，是票价制式的简称，有两种形式：单一票价制和计程票价制（分级票价制）。目前，世界各国采用单一票价制的城市或线路约占57％，采用计程票价制的约占43％。采用单一票价制时，全程只发售一种车票，优点是售票简单，效率高，进站检票，出站不检票，可减少车站管理人员。缺点是乘客支付的车费不够合理，无论路途远近，都支付同样的车费，且给票价的制订带来了困难，既要为乘客的切身利益着想，又要保证地铁或轻轨的运营效益。计程票价制可以克服上述缺点，但车票的种类多，进、出站均需检票，售检票手续繁琐，需要的检票人员多，必要时需配置自动或半自动的售、检票设备。一般在运营里程较短或乘客平均运距较长的线路上采用单一票价制，而在运营里程较长，而乘客平均运距偏短的线路上采用计程票价制。另外，在流动人口较多的旅游开放城市，还可采取平、高峰期间两票制，以提高经济效益和人为调节客流的时间分布。2．票价城市轨道交通作为城市公共交通的一个组成部分，带有公益性质，不能单纯追求盈利，其票价不仅取决于本身运营成本，还受其他交通方式的票价水平、城市发展水平、市民生活水平、物价政策、企业交通补贴费用以及乘客承受力等多种因素的制约。地铁或轻轨的票价要经政府有关部门综合研究后才能确定。3．售、检票方式从国外的经验和发展趋势来看，凡实行计程票价制，绝大多数都相应采取自动或半自动售、检票方式。虽然采用自动或半自动售、检票方式要增加设备投资，但优点十分明显，譬如能高效准确地售、检票，既节约时间，节省大量劳动力，又避免因人为误解产生纠纷，确保乘客迅速通过售、检票口。采用自动或半自动售、检票方式还可以加强票务管理，减少人为因素影响，尤其在客流调查方面具有人工售、检票无法比拟的优越性；自动或半自动售、检票方式也是一个城市，乃至一个国家综合技术水平和文明程度的象征。在采用人工售票时，为加强票务管理，车票的印制、保管。发放和统计以及票款回收应统一由票款室（或科）负责，以加强票务的集中管理。在采用车上售票时，由于售票员不像在公共汽车、电车上那样是随车回场交票，车站在收款工作上，应有适当的保安措施。11-6-3组织机构为完成轨道交通的客运任务，不断提高眼务质量及客运管理水平，协调全线的行车组织和运营管理，必须设立统一的领导和组织机构，并做到分工明确，各负其责，人员精干。组织机构也是确定轨道交通系统管理定员和生活辅助设施规模的依据。机构的名称和组成，可参考国内外有关轨道交通企业和公交企业编制。